Пример расчета четырехполюсного тягового двигателя

С компенсационной обмоткой исходные данные

Двигатель постоянного тока, с опорно-осевой подвеской, для электровоза.

Расчетный режим часовой.

Мощность P_Н, кВт 700 .

Скорость движения электровоза, км/ч :

в номинальном режиме V_Н 51;

конструктивная V_max 110.

Напряжение, В 3000/2 (ГОСТ 6962-75).

Коэффициент использования мощности при максимальной скорости

Диаметр движущего колеса, D_К, м 1,25 Диаметр оси колесной пары,

D_O, м 0,21

Ширина колеи, м 1,52

Вентиляция независимая

Определение передаточного числа зубчатого редуктора

Диаметр большого зубчатого колеса

м.

Ориентировочное значение передаточного числа

Принимаем двустороннюю передачу. В формуле Р – мощность, отнесённая к одному концу вала.

Примем

Диаметр делительной окружности шестерни

м.

Номинальная частота вращения якоря

об/мин.

Номинальный вращающий момент

Нм.

Толщина шестерни

Диаметр вала двигателя

м.

Модуль зацепления

м.

Число зубцов:

; .

Окончательно устанавливаем передаточное число

.

Определение диаметра и длины якоря

Расстояние между центрами зубчатых колес

,

где к_ =1,01 – коэффициент коррекции зацепления.

Максимальный диаметр якоря

м.

Ближайший меньший нормализованный диаметр 660 мм, таким образом,

D_а=660мм (0,66м).

Длина якоря ориентировочно

м.

Принимаем l_a=0,375м.

Максимальная частота вращения якоря

об/мин.

Испытательная частота вращения

об/мин.

Окружная скорость якоря в номинальном режиме

м/с

и при испытательной частоте вращения

м/с < 90…100м/с.

Диаметр коллектора

м.

Максимальная окружная скорость коллектора

м/с.

Обмотка якоря, уравнительные соединения

Номинальный ток якоря

А.

Ориентировочное значение к.п.д. определено по кривой 1, приведенной в [1, рис.13-4].

Ток продолжительного режима

А.

Ток параллельной ветви обмотки якоря не должен быть более 250-300 А по условиям коммутации и технологическим соображениям. По этим условиям в рассчитываемой машине принята простая петлевая обмотка и тогда ток параллельной ветви равен

А.

Исходя из допустимого значения напряжения между соседними коллекторными пластинами и пазового деления t₁=2,2-3,5 см, после нескольких попыток, учитывая условия симметрии обмотки: должны быть равны целым числам, принимаем: z =58 (число пазов); u=6 (число элементарных пазов в реальном пазу).

Тогда число коллекторных пластин

;

и пазовое деление

cм.

Среднее напряжение между коллекторными пластинами

В.

Общее число стержней обмотки

.

Число стержней на паз

.

Сумма токов в пазу

A.

Линейная нагрузка якоря

А/м.

Магнитный поток в номинальном режиме

Вб.

Индукция в воздушном зазоре

Т.

А и В_ соответствуют рекомендуемым значениям.

Полюсное деление

м.

Частота перемагничивания сердечника якоря в номинальном режиме

Гц.

Плотность тока в обмотке якоря

А/мм².

При определении плотности тока по критерию тепловой нагрузки К_ активного слоя якоря - значение линейной нагрузки А должно соответствовать рекомендованным значениям, приведенным в [2, рис.13-4].

В случае меньшего значения линейной нагрузки А по отношению к рекомендованному пропорционально снижается и критерий тепловой нагрузки К_. В данном случае вместо А²/м³, соответствующего А/м, взято А²/м³ при линейной нагрузке А/м.

Сечение проводника обмотки якоря

мм².

Ориентировочно определяем глубину паза

м

и ширину зубца, приняв индукцию на 1/3 высоты зубца от дна паза T,

см.

Ширина паза

см.

По данным, приведенным в табл.1, выбираем проводник обмотки с размерами 2,65x9,5 сечением (с учетом закруглений) 24мм², марки ППИПК-З – медный, прямоугольный изолированный полиимидно - фторопластовой пленкой с двухсторонней толщиной изоляции класса H - 0,35 мм.

Расчет размеров паза якоря приведен в табл.4.

Заполнение паза якоря

Таблица 4

Наименование	Материал	Размеры, мм	Число слоев	Общая толщина, мм
Проводник	Медь МГМ	9,5/2,65	1/12	9,5/31,8
Витковая изоляция	Провод ППИПК –3	0,175/0,175	2/24	0,35/4,2
Корпусная изоляция	Стеклослюди-нитовая лента Фторопласто-вая лента	0,11/0,11 0,11/0,11	24/48 12/24	2,64/5,28 1,32/2,64
Покровная изоляция	Стеклолента	0,1/0,1	2/4	0,2/0,4
Зазор на укладку	–	0,1/0,3	–	0,1/0,3
Прокладки	Стеклопласт	-/0,5	-/3	-/1,5
Клин	Стеклопласт	-/5,0	-/1	-/5,0
Расшихтовка	–	0,15/-	-	0,15/-

Итого

Эскиз паза и зубца в масштабе 2,5:1 приведен на рис. 7.

На основе окончательно определенных размеров паза (b_П=14,26мм и h_П=51,12мм) производится расчет размеров зубцов якоря в различных сечениях и уточняется значение магнитной индукции.

Ширина зубца по наружной поверхности якоря

см.

Зубцовое деление на 1/3 высоты зубца от основания

см.

Расчетная ширина зубца

см.

Рис.7. Эскиз паза и зубца якоря

Зубцовое деление по дну паза

см.

Ширина зубца в основании и средняя ширина

см;

см.

Проверяем расчетную индукцию в зубце

Т.

Объем зубцов

м³.

Масса зубцов

кг.

Шаг обмотки:

а) по пазам

,

т.е., если одна сторона катушки размещена в первом пазу, то вторая попадает в пятнадцатый паз (1-15);

б) по элементарным пазам и укорочение шага

; ;

в) шаг обмотки по коллектору

Шаг уравнительных соединений

; (1-175).

Длина и сечение уравнительного соединения

см;

мм².

Принимаем провод с размерами 1х7,5мм.

Общая длина всех уравнительных соединений при одном уравнителе на паз

м.

Масса меди уравнителей

кг.

Длина, масса и сопротивление обмотки якоря:

– длина лобовой части

см;

– длина полувитка

см;

– общая длина всех проводов обмотки якоря, учитывая, что число витков в секции равно единице (w_S=1)

м;

– масса меди обмотки

кг.

– сопротивление обмотки при 20°С

а) в омах

Ом;

б) в относительных единицах при перегреве на 90°С относительно температуры охлаждающего воздуха, равной 25°C

.