Рабочая длина коллектора
(75)
где ℓ1 – толщина перемычки щёткодержателя между “окнами” щёток, ℓ1 = 4 мм;
rкр – радиус закругления краёв рабочей поверхности коллектора, rкр = 2 мм;
ℓ2 – допуск на осевое перемещение якоря, ℓ2 = 2 мм;
Подставляя численные значения, получаем:
Достаточность рабочей длины коллектора для его охлаждения оценивается по эмпирической формуле без учёта механических потерь
(76)
Остальные размеры коллектора: ширину канавки у петушков для выхода шлифовального круга и фрезы для продорожки ℓкн и ширину петушков коллектора ℓпт принимают по опыту проектирования ТЭД: ℓкн = 10 мм; ℓпт = 20 мм.
Тогда общая длина коллекторных пластин
Lко = Lк + ℓкн + ℓпт , (77)
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 = at×Bd×t×ℓа×10-4; (78)
(79)
Обычно Ед дл = (0,95 ¸ 0,96)×Uд дл.
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.
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.
Каналы размещают в шахматном порядке с шагом внешнего ряда 9 см.
Внутренний диаметр сердечника якоря
(82)
Так как Dа = 56 см, то, руководствуясь рекомендациями , втулку якоря не применяем.
Воздушный зазор под главными полюсами машины.
Этот размер оказывает большое влияние на эксплуатационные характеристики двигателя.
Воздушный зазор под серединой полюса
d0 = (0,012 ¸ 0,015)×Da; (83)
d0 = 0,012×560 = 8,4 мм.
При эксцентричном воздушном зазоре эквивалентный зазор dэ связан с зазорами под серединой полюса d0 и под краем dкр зависимостью:
(84)
Задаёмся отношением откуда
dкр = 2×8,4 = 16,8 мм,
Тогда подставляя численные значения, получаем:
Сердечник главного полюса.
Считаем, что действительная полюсная дуга bp равна расчётной bd. Следовательно
bp = at×t, (85)
bp = 0,62×44 = 27,3 мм.
Площадь сечения сердечника полюса
(86)
где Вт – индукция в сердечнике полюса, Вт = 1,7 Тл;
s – коэффициент рассеивания поля главных полюсов, s = 1,1.
Ширина сердечника полюса
(87)
где К¢с – коэффициент заполнения сердечника полюса сталью, К¢с = 0,97;
Для того, чтобы катушка главного полюса не касалась сердечника якоря, принимаем высоту выступа D = 0,5 см.
Индукция в роге сердечника должна быть
Врог £ 2 ¸ 2,2 Тл. (88)
(89)
где bc, ab – отрезки;;
Ширина опорной полочки для катушки
bоп = (0,15 ¸ 0,2)×bт, (90)
bоп = 0,2×18,3 = 3,7 см.
Высота сердечника полюса
hт = (0,2 ¸ 0,25)×t, (91)
hт = 0,2×44 = 8,8 см.
Станина (остов) двигателя.
Принимаем восьмигранную форму остова. Наибольшая ширина остова
Вд max £ 2×Ц - d¢о + 2×tст – 1, (92)
где tст – подрез остова в месте расположения МОП, tст = 2,5 см;
Вд max = 2×59 – 23,5 + 2×2,5 – 1 = 98,5 см.
Длина утолщённой части остова принимается наименьшей из значений
ℓст = ℓа +0,8×t, (93)
ℓст = 2,3×ℓа, (94)
ℓст = 44 + 0,8×44 = 79,2 см,
ℓст = 2,3×44 = 101,2 см.
Принимаем ℓст = 79,2 см.
Площадь поперечного сечения станины
(95)
где Вст – индукция в станине, Вст = 1,55 Тл;
Толщину станины в месте расположения главных полюсов h¢ст делают больше, чем под добавочными – h²ст, так как по остову у главных полюсов замыкается не только основной поток, но и поток рассеяния.
Таким образом
(96)
(97)
Проверяем размер Вд.
Вд = Da + 2×(d0×10-1 + hт + hст), (98)
Вд = 56 + 2×(0,84 + 8,8 + 6) = 87,3 см.
Затылок сердечника полюса, стыкующийся с остовом, очерчивают радиусом, равным
(99)
Высоту приливов остова h¢т, растачиваемых под сердечником главных полюсов, принимаем равной 1 см. На внутренних гранях остова, расположенных под углом 45° к горизонтальной оси машины, размещаются добавочные полюса.
Ширина площадки для установки добавочных полюсов
С = (0,14 ¸ 0,15)×Вд, (100)
С = 0,14×87,3 = 13 см.
Таким образом, определены все размеры полюсного окна.
2.5 Расчёт магнитных напряжений участков магнитной цепи
Воздушный зазор. Выбору размеров и формы воздушного зазора под главным полюсом придаётся при проектировании особое значение. От правильности этого выбора зависят потенциальная и коммутационная устойчивость двигателя, вероятность возникновения кругового огня на коллекторе, электромеханические характеристики, габариты, масса ТЭД и др.
Повышенная потенциальная напряжённость, т. е. наличие больших межламельных напряжений, – одна из причин возникновения круговых огней на коллекторе. Величина допустимого максимального напряжения (при толщине изоляции между пластинами Dиз = (0,8 ¸ 1,2) мм)
ек max £ (35 ¸ 40)×Вd , (101)
Задаёмся ек max = 35 В. Потенциальную устойчивость ТЭД следует обеспечить при самом тяжёлом режиме работы, соответствующем конструкционной скорости Vmax, максимальному напряжению на двигателе Uд max и минимальному коэффициенту ослабления возбуждения amin. При этом режиме искажающее действие поперечной реакции якоря на распределение индукции под главными полюсами максимально. Снизить неравномерность этого распределения можно путём увеличения воздушного зазора, однако при этом для сохранения требуемого магнитного потока возрастает МДС обмотки главных полюсов. Более рациональное решение – это выполнить воздушный зазор, расходящимся от центра полюсного наконечника к его краю. Тем самым увеличивается магнитное сопротивление по мере приближения к краю полюсного наконечника.
Так как поперечная реакция якоря нарастает от середины полюса к его краям, то увеличение зазора, а следовательно, и магнитного сопротивления по мере приближения к краю полюса, будет ослаблять искажающее действие реакции якоря.
Из технологических соображений чаще используют эксцентричный зазор, при котором радиус расточки наконечников полюсов выбирают больше радиуса якоря.
Такой зазор характеризуется соотношением размеров зазора у края полюса dкр и под его серединой d0.
Максимально допустимый коэффициент искажения поля
(102)
По графику 2.6, находим значение коэффициента устойчивости поля Ку = 0,7.
Определяем МДС в воздушном зазоре
(103)
где Кv – коэффициент регулирования скорости тепловоза при полном использова-
ния мощности тепловоза;
(104)
Тогда
Определяем эквивалентный воздушный зазор с учётом коэффициента воздушного зазора Кdэ , учитывающего зубчатое строение якоря:
(105)
Находим действительный эквивалентный воздушный зазор dэ, учитывая, что он связан с полученным расчётным значением d¢э соотношением
d¢э = Кdэ×dэ, (106)
где Кdэ – коэффициент воздушного зазора;
(107)
где
bz1 = t1 + bп , (108)
bz1 = 28 –12,2 = 15,8 мм,
Подставив выражение (107) в (106), получим
(109)
Отсюда приходим к квадратному уравнению относительно dэ:
(110)
корни которого равны
(111)
Определяем зазор под центром сердечника
(112)
Коэффициент Кэ определяем по графику 2.5 в функции dкр / d0 , Кэ = 1,52.
Определяем зазор под краем сердечника полюса
(113)
Площадь воздушного зазора
(114)
Зубцовая зона. Расчёт выполняем по магнитной индукции, определяемой в расчётном сечении зубца, отстоящем от его основания на 1/3 высоты:
(115)
где bZ 1/3 – ширина зубца на высоте 1/3 от его основания, которая определяется
по формуле:
(116)
Подставляя численные значения в (115), получаем:
Так как = 2 Тл > 1,8 Тл, то считается, что магнитный поток проходит как по зубцам, так и частично по пазам. Полученная в этом случае индукция является кажущейся, а действительное ее значение определяется с учетом ответвления магнитного потока в паз. Величина этого ответвления зависит от насыщения зубцового слоя и от соотношения размеров по ширине зубца и паза, что определяется коэффициентом формы зубца якоря:
(117)
Тогда действительная индукция в зубце будет:
(118)
где m0 – магнитная постоянная, m0 = 1,25 Гн/см.
определяют по полученному ранее значению индукции по кривой намагничивания для выбранной марки электротехнической стали, которая представлена в табличной форме в приложении 4, , = 400 А/см.
Находим магнитное напряжение в зубце
(119)
Площадь сечения зубцового слоя
(120)
Сердечник якоря. Для принятого ранее значения индукции в сердечнике якоря Ва по кривым намагничивания, приведенным в приложении 4, , находим напряжённость магнитного поля На.
Магнитное напряжение в сердечнике якоря
Fa = Ha×La, (121)
где La – длина средней силовой линии в сердечнике якоря, определяется по
формуле:
(122)
По приложению 4, , для стали 1312 находим На = 14 А/см. Тогда
Fa = 14×19,6 = 274,4 А.
Сердечник главного полюса обычно изготавливают наборным из штампованных листов малоуглеродистой стали Ст2.
Для принятого ранее значения индукции в сердечнике полюса по кривым намагничивания (приложение 4 ) находим напряженность магнитного поля Нт = 70,5 А/см.
Магнитное напряжение в сердечнике полюса определяется по формуле:
Fт = Нт×hт, (123)
где hт – предварительно принятая ранее высота полюса, 8,8 см.
Fт = 70,5×8,8 = 620,4 А.
Станина двигателя обычно выполняют литым из стали 25 Л.
Для принятого ранее значения индукции в станине Вст по кривым намагничивания (приложение 4 ) находим напряженность магнитного поля Нст = 39 А/см.
Магнитное напряжение в сердечнике полюса определим по следующей формуле:
Fст = Нст×Lст, (124)
где Lст – длина средней силовой магнитной линии в станине, определяется
Lст = 0,65…0,75×t. (125)
Lст = 0,7×44 = 30,8 см.
Тогда подставляя численные значения в (124), получаем:
Fст = 39×30,8 = 1201,2 А.
Общая МДС магнитной цепи определяется по формуле:
Fо.дл. = Fd + Fz + Fa + Fт + Fст. (126)
Fо.дл. = 1216+274,4+620,4+1201,2+7258 = 10600 А.
В правильно рассчитанном двигателе коэффициент насыщения в продолжительном режиме должен быть:
кн = Fо.дл. /Fd = 1,5…2,0. (127)
кн = 10600/7258 = 1,5.
Расчет размагничивающего действия реакции якоря производим по методу А.Б.Иоффе.
Для компенсации размагничивающего действия реакции якоря соответствующая МДС определяется по формуле:
Страницы: 1, 2, 3, 4