Пример расчета шестиполюсного тягового двигателя с компенсационной обмоткой

В работе приведен расчет шестиполюсного тягового двигателя с компенсационной обмоткой для грузового электровоза.

Источником энергии для электровоза является однофазная контактная сеть с напряжением 25 кВ и частотой 50 Гц. Тяговый двигатель получает питание от трансформатора с выпрямительной установкой.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ, ПАРАМЕТРЫ ПЕРЕДАЧИ,

ЯКОРЬ И КОЛЛЕКТОР

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Двигатель пульсирующего тока, подвесно-осевой, для электровоза

Расчетный режим часовой

Мощность P_н, кВт 900

(P_ = 820 кВт)

Скорость движения электровоза, км/ч:

- в номинальном режиме V_н 54

- конструктивная V_max 110

Напряжение, В 950

Коэффициент использования мощности при максимальной

скорости к_p = Р_{n max} / Р_н 0,66

Диаметр движущего колеса, D_к, м 1,25

Диаметр оси колесной пары, D_о, м 0,21

Ширина колеи, м 1,52

Вентиляция независимая

Коэффициент пульсации тока, к_i 0,25.

Определение передаточного числа зубчатого редуктора

Диаметр большого зубчатого колеса

Ориентировочное значение передаточного числа

Примем

Тогда:

- диаметр делительной окружности шестерни

- номинальная частота вращения якоря

- номинальный момент

- толщина шестерни

- диаметр вала двигателя

- модуль зацепления

Определение диаметра и длины якоря

Расстояние между центрами зубчатых колес

Максимальный диаметр якоря

Т.к. меньший ближайший нормализованный диаметр – 660 мм, поэтому D_a, м, равен 0,66.

Длина якоря ориентировочно

Примем l_a = 0,385 м (385 мм).

Максимальная частота вращения якоря

.

Испытательная частота вращения

.

Окружная скорость якоря в номинальном режиме

.

при испытательной частоте вращения

.

Обмотка якоря, уравнительные соединения

Ток якоря

.

Ориентировочное значение к.п.д. определено по кривой 1,

[1, рис. 13.4].

Ток продолжительного режима

.

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

.

Исходя из допустимых значений напряжения между соседними коллекторными пластинами u_{к ср} = 1417 В и пазового деления t₁ = 2,2–3,5 см, учитывая что условия симметрии обмотки (z/a; К/а; 2p/a) должны быть равны целым числам, примем число пазов z = 87; число элементарных пазов в реальном пазу u = 4.Тогда:

- число коллекторных пластин

;

- пазовое деление

;

- общее число стержней обмотки

;

- число стержней на паз

;

- сумма токов в пазу

;

- линейная нагрузка якоря

;

- магнитный поток в номинальном режиме

;

- индукция в зазоре

,

индукция допустима в соответствии с кривой 3 [см. 1, рис.13.4];

- полюсное деление

;

- частота перемагничивания сердечника якоря в номинальном режиме

;

- плотность тока в обмотке якоря

.

При определении плотности тока по критерию тепловой нагрузки К_ активного слоя якоря значение линейной нагрузки А должно соответствовать рекомендованным значениям: кривая 2 [см. 1, рис.13.4].

В случае меньшего значения линейной нагрузки А по отношению к рекомендованному пропорционально снижается и критерий тепловой нагрузки К_.

Сечение проводника обмотки якоря

.

Ориентировочно определяем:

глубину паза

;

ширину зубца (приняв индукцию на 1/3 высоты зубца от дна паза равной В_{z 1/3} = 2,2 Т)

;

ширина паза

.

Расчет размеров паза якоря приведен в табл. 18.

Таблица 18

Наименование	Материал	Размеры, мм	Число слоев	Общая толщина, мм
Проводник	Медь МГМ	6,9/3,55	1/8	6,9/28,4
Витковая изоляция	Провод ППИПК –3	0,175/0,175	2/16	0,35/2,8
Корпусная изоляция	Стеклослюдинитовая лента	0,11/0,11	16/32	1,76/3,52
	Фторопластовая лента	0,11/0,11	4/8	0,44/0,88
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	–/0,9
Клин	Стеклопласт	–/5,0	–/1	–/5,0
Расшихтовка	–	0,25/–	–	0,25/–
Итого bп / hп =10/42,2

По табл.1 выбираем проводник обмотки с размерами 3,55  6,9, мм  мм, сечением 24 мм² (с учетом закруглений), марки ППИПК–3 – медный, прямоугольный изолированный полиимидно-фторопластовой пленкой с двусторонней толщиной изоляции класса “Н” – 0,35 мм.

На основе окончательно определенных размеров паза (b_п = 10,0 мм и h_п=42,2 мм) производится расчет размеров зубцов якоря в различных сечениях и уточняется значение магнитной индукции.

Ширина зубца по наружной поверхности якоря

.

Зубцовое деление на 1/3 высоты зубца от основания

.

Расчетная ширина зубца

.

Зубцовое деление по дну паза

.

Ширина зубца в основании и средняя ширина

,

.

Проверяем расчетную индукцию в зубце

.

Объем зубцов

.

Масса зубцов

.

Эскиз паза и зубца в масштабе 2,5:1 приведен на рис.12.

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

;

в) по коллектору y_к = 1,0.

Шаг уравнительных соединений

.

Длина и сечение уравнительного соединения:

,

;

принимаем провод с размерами 1,68  4,7 мм  мм, сечением 7,8 мм².

Общая длина всех уравнительных соединений при одном уравнителе на паз

.

Масса меди уравнителей

.

Рис.12 Паз и зубец якоря

Длина, масса и сопротивление обмотки якоря:

– длина лобовой части

,

– длина полувитка

,

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

,

– масса меди обмотки

,

– сопротивление обмотки при 20 ^оС

а) в омах

,

б) в относительных единицах при перегреве на 90^оС относительно температуры охлаждающего воздуха, равной 25^оС