|
|
2.6 Расчет главных полюсов, коммутации и добавочных полюсов
Требуемое число витков катушки главных полюсов определим по формуле:
Wв = Fвдл. /Iвдл. (130)
Подставляя численные значения, получаем:
Wв = 11884/550 = 22.
Поперечное сечение меди катушки определим по следующей формуле:
Sв = Iв.дл./jв, (131)
где jв – плотность тока в проводниках обмотки, принимаем 6 А/мм2.
Тогда подставляя численные значения, получаем:
Sв = 550/6 = 92 мм2.
Средняя величина реактивной ЭДС за цикл коммутации в продолжительном режиме определяется по формуле:
er.ср. = 2Wc×A×ℓa×uа.дл.×lп×10-6. (132)
Подставляя численные значения, получаем:
er.ср. = 2×1×389×44×18×2,68×10-6 = 1,65 В < 6 В.
Длину сердечника добавочного полюса принимаем равной длине сердечника якоря, ℓа = ℓт.д. = 44 см.
Коммутирующая ЭДС как ЭДС вращения определяется по формуле:
ек = 2Wc×Вк×ℓa×uа.дл.×10-2, (133)
где Вк – индукция в зоне коммутации.
Исходя из условия, что ек = еr.ср., определяем Вк:
(134)
Подставляя численные значения, получаем:
Магнитный поток в зоне коммутации определим по формуле:
Фк = Вк×ℓа×bdд×10-4, (135)
где bdд – расчетная дуга наконечника добавочного полюса, определяется
по формуле:
bdд = bд + 2…3×dд, (136)
bд – ширина наконечника добавочного полюса, принимаем
bд = 1,1…1,5×t1 = 1,3×2,8 = 3,64 см.
dд – воздушный зазор под добавочным полюсом со стороны якоря,
dд = dо +1…3 мм = 7 + 2 = 9 мм.
Подставляя численные значения в (136), получаем:
bdд = 3,64 + 2,5×9 = 5,89 см.
Тогда магнитный поток в зоне коммутации будет:
Фк = 0,104×44×5,89×10-4 = 0,0027 Вб.
Магнитный поток в сердечнике полюса определим по формуле:
Фтд = Фк + Фdд, (137)
где Фdд – магнитный поток рассеяния добавочного полюса.
Коммутирующий магнитный поток Фк значительно меньше магнитного потока в сердечнике полюса
Фтд = sд×Фк, (138)
где sд – коэффициент рассеяния добавочного полюса, принимаем sд = 3.
Подставляя численные значения, получаем:
Фтд = 3×0,027 = 0,081 Вб.
Тогда из выражения (137) выразим магнитный поток рассеяния добавочного полюса Фdд:
Фdд = Фтд – Фк = 0,081 – 0,027 = 0,054 Вб.
Индукцию в сердечнике полюса при номинальном токе продолжительного режима принимаем Втд = 0,6 Тл.
Ширина сердечника добавочного полюса будет:
(139)
Подставляя численные значения, получаем:
Для снижения вероятности возникновения кругового огня на коллекторе при резких бросках тока у добавочных полюсов предусматривают второй воздушный зазор со стороны, выполненный с помощью немагнитных прокладок. Величина этого зазора принимаем dд’ = 0,3…0,5×dд = 0,4×9 = 3,6 мм.
МДС на один полюс определим по следующей формуле:
(140)
Тогда подставляя численные значения, получаем:
Число витков катушки добавочного полюса определим по формуле:
(141)
Подставляя численные значения, получаем:
Степень компенсации поля реакции якоря будет:
(142)
Подставляя численные значения, получаем:
Площадь сечения проводника катушки добавочного полюса определим по следующей формуле:
(143)
где jд – допустимая плотность тока, принимаем jд = 5 А/мм2.
Подставляя численные значения, получаем:
2.7 Определение коэффициента полезного действия при
длительном режиме
Коэффициент полезного действия тягового двигателя в длительном режиме определяется по следующей формуле:
(144)
где åDРд – сумма потерь в двигателе.
Потери в меди обмоток якоря, главных и добавочных полюсов определяют при температуре обмоток tг°=115°С по следующей формуле:
(145)
где rat, rгпt, rдпt – соответственно сопротивления обмоток якоря, главных и
добавочных полюсов при tг°=115°С, которые рассчитываются
по следующей формуле:
(146)
где rit – сопротивление i-той обмотки при температуре tг°=115°С;
rix – сопротивление i-той обмотки при температуре tг°= 20°С, берем по
двигателю-аналогу rаt = 0,013 Ом, rгпt = 0,0105 Ом, rдпt = 0,00821 Ом;
aо – температурный коэффициент меди при 0°С, принимаем aо = 1/235.
Подставляя численные значения, получаем:
Тогда подставляя численные данные в (145), получаем:
Магнитные потери при холостом ходе (потери в стали).
Основные потери в стали, состоят из потерь на гистерезис и вихревые токи, которые определяются по следующей формуле:
(147)
где кх – коэффициент потерь в стали, зависящий от ее марки, принимаем 2,3;
pZ, pa – соответственно удельные потери в зубцах и сердечнике якоря,
определяются по следующим формулам:
(148)
(149)
Подставляя численные значения, получаем:
mZ, mа – соответственно масса стали зубцов и сердечника якоря, определяются
по следующим формулам:
(150)
(151)
где gс – плотность стали, принимаем g = 7,85 г/см3;
bZ ½ - ширина зубца на высоте ½ от основания, определяется по формуле:
Подставляя численные значения, получаем:
Тогда подставляя численные значения в (150) и (151), получаем:
Таким образом, магнитные потери в стали будут:
Добавочные потери при нагрузке включают в себя: потери в меди и потери в стали, вызванные искажением магнитного поля реакцией якоря.
Добавочные потери при нагрузке определим по следующей формуле:
DРдоб = кдоб×DРст, (152)
где кдоб – коэффициент добавочных потерь, принимаем по таблице 3.1 в
зависимости от тока двигателя по отношению к номинальному
значению. Так как Iд /Iд.дл = 1, то кдоб = 0,3.
Подставляя численные значения, получаем:
DРдоб = 0,3×641 = 192,3 Вт.
Потери в переходных контактах щеток определим по следующей формуле:
DРщ = DU×Iд,
где DUщ – падение напряжения в переходных контактах щеток, принимаем в
зависимости от марки щеток. Для щетки ЭГ74АФ: DUщ = 2,3 В.
Подставляя численные значения, получаем:
DРщ = 2,3×550 = 1265 Вт.
Механические потери:
1)потери в подшипниках и на трение якоря о воздух определяется по следующей формуле:
(153)
Подставляя численные значения, получаем:
2)потери на трение щеток с коллектором определяется по формуле:
DРк = 100×åSщ×Fщ×fтр×uк×2рщ, (154)
где åSщ – общая площадь прилегания щеток к коллектору;
Fщ – удельное давление на щетки, принимаем Fщ = 0,035 МПа;
fтр – коэффициент трения щеток по коллектору, принимаем fтр = 0,15;
uк – окружная скорость коллектора.
Подставляя численные значения, получаем:
DРк = 100×18,3×0,035×106×0,15×53×4 = 2037 Вт.
Сумма потерь в двигателе будет:
åDРд = DРм + DРст + DРдоб + DРщ + DРтр + DРк. (155)
Подставляя численные значения, получаем:
åDРд = 12917+641+192,3+1265+0,63+2037 = 17053 Вт.
Тогда коэффициент полезного действия тягового двигателя будет:
3 РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ,
СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА И ТЕПЛОВОЗА
3.1 Внешняя характеристика генератора
Внешняя характеристика генератора Uг = f(Iг) имеет вид гиперболы и строиться по трем точкам с координатами:
Iг.min, Uг.max; Iг.дл, Uг.дл; Iг.max, Uг.min.
Справа и сверху она ограничивается отрезками, соответствующими ограничениями по максимальному току и напряжению генератора.
3.2 Характеристика намагничивания ТЭД
Выполнение расчета магнитной цепи позволило определить значение МДС, необходимой для создания магнитного потока продолжительного режима.
Задаваясь и другими значениями магнитного потока (0,4Фд.дл; 0,6Фд.дл; 0,8Фд.дл; 1,15Фд.дл), определим МДС главных полюсов Fоi , необходимые для проведения указанных потоков по магнитной цепи двигателя.
Расчет сводим в таблицу 3
Таблица 3 – Расчет характеристики намагничивания
Участок магнитной цепи
Размер участка
Фд = 0,4×Фддл,Вб
Фд = 0,6×Фддл,Вб
Фд = 0,8×Фддл,Вб
Фд = 1,15×Фддл,Вб
поперечное сечение, см2
длина, см
В,
Тл
Н,
А/см
F,
А
В,
Тл
Н,
А/см
F,
А
В,
Тл
Н,
А/см
F,
А
В,
Тл
Н,
А/см
F,
А
Воздушный
зазор
0,12
0,84
0,396
3456
2903
0,594
5064
4355
0,792
6751
5806
1,14
9706
8347
Зубцовая
зона
0,06
3,004
0,784
50
150
1,176
110
330
1,57
280
841
2,25
570
1712
Сердечник якоря
0,197
19,6
0,6
3,9
76
0,9
9,8
114
1,2
7,7
151
1,725
58
1137
Сердечник полюса
0,078
8,8
0,68
3,4
30
1,02
5,95
52
1,36
13
114
1,96
245
2156
Станина
4,26
30,8
0,62
2,2
68
0,93
4,5
139
1,24
11,8
163
1,78
110
3388
Суммарная намагничивающая сила F0i
3227
4990
7275
16740
Рисунок 3 – Внешняя характеристика генератора
Рисунок 4 – Характеристика намагничивания тягового электродвигателя
3.3 Электромеханические характеристики ТЭД
Построение электромеханических характеристик производится с использованием универсальной характеристикой намагничивания.
Построим в абсолютных единицах по нескольким точкам скоростную и моментную характеристики, как для полного поля, так и для ослабленного поля:
Вначале при постоянном напряжении на зажимах ТЭД, а затем – при напряжении, изменяющемся в соответствии с внешней характеристикой генератора.
Расчет производим по методике, указанной в и данные расчета сведем в таблицу 4.
3.4 Разгонные характеристики ТЭД
Для построения разгонных характеристик рассчитаем скорости переходов с ПП на ОП1, с ОП1 на ОП2. А также значение токов и напряжений при переходе.
Скорость на ободе колеса определяется по формуле:
(156)
Подставляя численные значения, получаем:
Скорость перехода ПП на ОП1 определяется по эмпирической формуле:
u1 = 0,71×uдл×Кг1,5. (157)
Подставляя численные значения, получаем:
u1 = 0,71×30×1,41,5 = 35 км/ч.
Скорость перехода ОП1 на ОП2 определяется также по эмпирической формуле:
(158)
Подставляя численные значения, получаем:
Значения токов и напряжений при полном и ослабленном полем определим по следующим эмпирическим формулам:
- полное поле
и (159)
- ослабленное поле 1
и (160)
- ослабленное поле 2
(161)
где u - текущая скорость, при расчете разгонных характеристик она задается
в интервале от 0 до uк
3.5 Тяговая характеристика тепловоза
Тяговую характеристику тепловоза строим по данным таблицы 4. Для выбранных режимов ТЭД (ПП, ОП1, ОП2) берем из таблицы соответствующие определенным токам значения силы тяги, умножаем на число ТЭД, и скорости и отлаживаем их в координатах u, Fк.
В результате для каждого из режимов работы получаем свою кривую Fк = ¦(u).
Тяговая характеристика ограничивается справа максимальной скоростью, а сверху – силой тяги по сцеплению. Кривая силы тяги по сцеплению строится в соответствии с формулой:
(162)
где
(163)
Задаваясь различными значениями u, находим по формуле (163) – yк и затем по формуле (162) – Fк.сц.
На тяговой характеристики наносим ограничения силы тяги по длительному току и максимальному току.
Построим также характеристику мощности тепловоза для каждого из режимов работы по формуле:
(164)
4 РАСЧЕТ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЯГОВЫХ
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ И СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА
Технико-экономические показатели позволяют делать укрепленную оценку расхода активных материалов на электрическую машину данного типа.
Масса тягового электродвигателя и синхронного генератора определяется по следующей формуле:
(165)
где Кm – коэффициент пропорциональности, принимаем для ТЭД Кm = 10,
для СГ Кm = 7.
Подставляя численные данные, получаем
Удельная масса проектируемых машин определяется по следующим формулам:
(166)
(167)
Подставляя численные значения, получаем:
При использовании материалов активная ссылка на источник обязательна.