5.Разработка силовой схемы тепловоза

В разделах 2,3 предварительно выбрали принципиальную схему соединения ТЭД с ТГ. В данном разделе вычерчиваем схему тепловоза , по которой указываем — генератор, якори тяговых электрических машин, обмотки возбуждения их главных полюсов, силовые контакты :поездных контакторов ,реверсора, контакторов и сопротивлений ослабления возбуждения ТЭД.

За основу электрической схемы с электрической передачей принимаем

Чертежи приведены в приложении 1,2.

6.Определение основных размеров двигателя

6.1.Выбор типа и определение числа проводников обмотки якоря

В тяговых тепловозных двигателях мощностью до 500 кВт преимущественно применяют петлевые обмотки якорей. Число пар полюсов в зависимости от диаметра якоря для ТЭД обычно 2p=4. Число параллельных ветвей 2а выбираем по току в одной ветви и припетлевой обмотки 2а=2р.

Ток параллельной ветви ,А :

i_a =I_дн/2а ≤250

i_a = 774,8/4 =193,7 - условие выполняется

I_дн =I_гн/n

I_дн =4648,82/6=774,8.

Число пазов якоря z_n в зависимости от его диаметра выбираем по графику (рис.6). С целью улучшения коммутации желательно при укладке обмотки в пазы шаг по пазам y_n укороченным на 0,5 паза:

y_n = z_n/2р -0,5

y_n =46/4-0,5=11.

Рис.6.Зависимость числа пазов и линейной нагрузки якоря ТЭД от его диаметра.

Предварительно количество проводников якоря можно определить по его линейной нагрузки ,в зависимости от D_я :

N=π*D_я *A/i_a

N = 3,14*49,3*345/193,7=275,7.

При двухслойной обмотке количество проводников в пазу s_n всегда должно быть целым четным числом s_n =6.

После выбора s_n необходимо окончательно уточнить:

N= s_n * z_n

N =6*46=276

и проверить линейную нагрузку якоря ТЭД, А/см:

A=N*i/π*D_я ≤550

A=276*193,7/3,14*49,3=345 — условие выполняется.

6.2.Расчет коллектора

Тяговые электродвигатели большой мощности обычно имеют одновитковые секции якорной обмотки(ω=1),поэтому N=2*K.

Число коллекторных пластин при ω=1 вычисляется из равенства:

K=N/2

K=276/2=138,

а затем проверяется по допустимым величинам диаметра коллектора D_к и размеров коллекторного деления t_к.

Найденное число коллекторных пластин К проверяется по допустимому среднему напряжению между ними при максимальном напряжении на зажимах ТЭД, В:

e_к.ср =2р*U_дmax/K ≤15 -19

e_к.ср =4*375/138 =11 – условие выполняется.

U_дmax =U_гmax/2

U_дmax =750/2=375.

Далее предварительно оценивают диаметр коллектора D_к, мм:

D_к=0,8 *D_я

D_к=0,8*493=394,4

и определяем коллекторное деление t_к :

t_к =π*D_к / К

t_к=3,14*394,4/138=8,9.

Диаметр коллектора округляется до целых сантиметров и проверяется на допустимую окружную скорость, м/с:

V_kmax= π*D_к*n_max/60

V_kmax =3,14*0,394*2544/60=52.

Радиальная высота коллекторной пластины , см:

h_k =2,2*√39,4-1=4,1.

6.3.Выбор числа , размеров щеток и установление рабочей длины коллектора.

Число щеткодержателей при петлевой обмотке всегда должно быть равно числу параллельно ветвей якорной обмотки (2р_щ =2а). плотность тока под щеткой у тепловозных ТЭД выбирается в пределах j_щ =11-15 А/см² . Суммарная площадь соприкосновения щеток одного щеткодержателя с коллектором, см² :

Q_щ =I_дн /р_щ* j_щ

Q_щ=774,8/2*13 =29,8.

Ширина щетки b_щ выбирается такой, чтобы она перекрыла число коллекторных пластин на паз. Принимая величину щеточного перекрытия γ=2-5, определяем ширину щетки, мм:

b_щ = γ*t_к

b_щ = 3*8,9=26,7.

Общая длина щеток одного щеткодержателя, см:

L_щ=Q_щ/b_щ

L_щ= 29,8/2,67 =11,16

Определяем количество щеток в одном щеткодержателе. Длину одной щетки принимаем l_щ=5см, см:

n_щ =L_щ /l_щ

n_щ = 11,16/5,=2,2.

Полная длина коллектора , мм:

l_к = l_щ*n_щ+ 25

l_к = 50*2+25=125

Окончательно

Q_щ= l_щ*n_щ*b_щ

Q_щ =2*50*26,7=2670 мм²;

j_щ = I_дн / р_щ*Q_щ

j_щ = 774,8/2*26,7=14,5 А/см².