Число полюсов, обмотка якоря, уравнительные соединения

Практика проектирования тяговых электрических машин показывает, что альтернативными числами полюсов для тяговых двигателей с опорой на ось колесной пары являются 2р=4 и 2р=6. Обычно шестиполюсный вариант рассматривается, когда момент тягового двигателя в номинальном режиме превышает 5000-7000Нм. Шестиполюсное исполнение (2р=6) позволяет за счет снижения магнитного потока одного полюса в 1,5 раза (по сравнению с 2р=4) уменьшить толщину остова и сердечника якоря, увеличить активную длину якоря за счет уменьшения вылетов лобовых частей обмотки и длины коллектора, упростить станочную обработку станины.

Однако шестиполюсному двигателю присущи недостатки: увеличивается число щеткодержателей и щеток, возрастают потери на коллекторе; возрастают частота перемагничивания и магнитные потери якоря; снижается стойкость машины к возникновению кругового огня на коллекторе; возрастает влияние технологических отклонений в расстановке главных и дополнительных полюсов и перекосов при сборке коллекторных пластин на работу машины.

В тяговых двигателях электровозов в настоящее время применяются простые петлевые обмотки якоря; число параллельных ветвей петлевой обмотки равно числу полюсов (2а=2р). Волновые обмотки применяются в тяговых двигателях электропоездов при числе полюсов равном четырем и напряжении двигателя 1500 В; число параллельных ветвей простой волновой обмотки не зависит от числа полюсов и всегда равно двум (2а=2).

Э.д.с. параллельных ветвей обмотки при любом положении якоря должны быть равны. Нарушение этого условия приводит к появлению уравнительного тока, ухудшающего коммутацию и повышающего нагрев обмотки. Для устранения возможности появления уравнительного тока в простой петлевой обмотке каждая пара параллельных ветвей должна содержать одинаковое число пазов, т. е. Z/а должно быть равно целому числу; каждая пара параллельных ветвей должна содержать одинаковое число секции, т. е. К/Z должно быть равно целому числу (Z - число пазов якоря; К - число коллекторных пластин, равное числу секций якоря).

Для симметрии простой волновой обмотки необходимо, чтобы число пазов выражалось зависимостью

Z=2p·g1,

где g  целое число, а К/Z должно быть нечетным числом.

Для тяговых двигателей электровозов и электропоездов в качестве номинальных режимов работы ГОСТ 2582-81 устанавливает продолжительный и часовой режимы.

Электромагнитные расчеты выполняются для данных часового режима, тепловые расчеты - для часового и продолжительного режимов.

Число пазов якоря влияет на коммутацию машины и нагрев обмотки. При большом числе пазов увеличивается отдача тепла проводниками обмотки железу якоря в связи с увеличением поверхности соприкосновения катушек якоря с железом, снижается перегрев обмотки. При большом числе пазов уменьшается число проводников в одном пазу, снижается взаимоиндуктивное влияние секций, что приводит к улучшению коммутации машины.

В то же время большое число пазов приводит к увеличению расхода корпусной изоляции, ухудшению использования активного слоя якоря, к увеличению вылетов лобовых частей обмотки, к большей трудоемкости изготовления якоря. На основе опыта проектирования тяговых двигателей зубцовое деление якоря t₁ должно быть в пределах 2,2-3,5 см. Тогда возможное число пазов двигателя

.

Номинальный ток якоря

,

где P_н  номинальная мощность, кВт;

U_н  номинальное напряжение двигателя, В;

  к.п.д. двигателя [1, рис. 13-4].

Токи продолжительного и часового режимов связаны соотношением

I_ = K_в·I_ч,

где K_в  коэффициент вентиляции тягового двигателя.

В зависимости от уровня напряжения на изоляции K_в=0,9 (U_из=3000В); 0,93 (U_из=950В); 0,95 (U_из=750В).

Ток параллельной ветви обмотки

и не должен превосходить 250-300А по условиям коммутации и технологическим соображениям.

По условиям нагревания обмотки сумма токов в пазу, равная произведению тока параллельной ветви I_a на число стержней в пазу N_z, не должна превосходить 1500-1750А.

I_a·N_z < 1500-1750А,

при этом число стержней должно быть чётным числом.

Учитывая, что секции обмотки якоря выполняются одновитковыми (_s=1) по условиям коммутации, число элементарных пазов «u» в реальном пазу будет

,

число коллекторных пластин

К = Z·u,

общее число стержней обмотки

N = 2К,

среднее напряжение между коллекторными пластинами

,

u_{к ср}  17-19В  для машин с компенсационной обмоткой;

u_{к ср}  14-17В  для машин без компенсационной обмотки.