Коллектор и щетки

Диаметр коллектора

Принимаем ближайший нормализованный диаметр D_к=52 см.

Окружная скорость коллектора при номинальной и максимальной частоте вращения

,

.

Возможность сжатия миканитовых прокладок между коллекторными пластинами оценивается коэффициентом

.

Коллекторное деление

.

Толщина коллекторной пластины

где b_i – толщина изоляции между коллекторными пластинами.

Контактная поверхность щеток одного щеткодержателя

,

где j_щ – плотность тока под щеткой,

g – число щеткодержателей.

Ширина щетки ограничивается допустимой шириной коммутационной зоны; принимаем предварительно

По ГОСТ 2332–75 выбираем разрезную щетку марки ЭГ–61А размером 1040 мм  мм.

На коллекторе устанавливаются две щетки по окружности коллектора 210 мм  мм и три по длине коллектора 340 мм  мм (n_щ = 3).

Щеточное перекрытие

.

Длина рабочей части коллектора

,

где l учитывает расстояние между щетками по длине коллектора с добавлением l₁ = 58 мм на шахматное расположение щеток по коллектору и расстояние от краев коллектора до щеток l₂ = 1015 мм.

С учетом ширины петушка (l_п = 18 мм) и кольцевой выточки (l_кв = 8 мм), общая длина коллектора получается равной l_к = 162 мм.

Высота коллекторной пластины

,

примем h_к = 6,5 см.

Приближенная масса меди коллектора

.

Ширина коммутационной зоны

.

Отношение ширины коммутационной зоны к междуполюсному окну

.

Это позволяет сделать вывод, что ширина щетки выбрана правильно.

Воздушный зазор под главными полюсами при наличии компенсационной обмотки

,

принимаем  = 4 мм.

Коэффициент воздушного зазора якоря

.

Коммутация и дополнительные полюса

Удельная магнитная проводимость пазовой и лобовой частей секции обмотки

.

Среднее значение реактивной э.д.с. за цикл коммутации

.

Коэффициент пульсации тока к_i при питании тягового двигателя от контактной сети переменного тока принимается равным 0,25. Поэтому дополнительная реактивная э.д.с., связанная с пульсацией тока, определяется равной 0,25 части средней реактивной э.д.с., умноженной на 0,5

.

Таким образом, полное среднее значение реактивной э.д.с. будет определяться следующим выражением в моменты максимума тока:

.

Расчет индукции под дополнительными полюсами проводится по среднему значению реактивной э.д.с. той секции, которая занимает среднее положение в якорной катушке. Коммутация в этой секции проходит во время нахождения паза под серединой добавочного полюса. Средняя реактивная э.д.с. в ней e_R за период коммутации примерно в 1,1 больше средней э.д.с. за цикл коммутации T_z, то есть

.

Примем длину дополнительного полюса l_w равной длине сердечника якоря

.

Индукция под дополнительным полюсом

.

Зазор под дополнительными полюсами со стороны якоря _w выполняется на 24 мм большим, чем под главными полюсами.

Примем _w = 8 мм.

Ширина наконечника дополнительного полюса

.

Примем b_w = 2,6 см.

Наконечник дополнительного полюса выполняется со скосами под углом 45 до ширины 3,6 см для получения плавной кривой коммутирующей э.д.с. e_к, наиболее приближенной к кривой реактивной э.д.с. e_R. При этом ширина равновеликого по площади прямоугольника, отражающего распределение индукции под дополнительным полюсом, примерно равна удвоенному зубцовому делению

.

Коммутирующий поток равен

.

Поток рассеяния дополнительных полюсов в 2–3 раза превышает коммутирующий поток. Примем коэффициент рассеяния _w=3, тогда поток дополнительного полюса получается равным

.

Сечение дополнительного полюса принимается из условия, что индукция в нем В _w не превышает значения

,

где к_i – коэффициент перегрузки тягового двигателя по току в пусковом режиме.

Примем В_w = 0,75 Т.

Тогда ширина сердечника дополнительного полюса

.

Учитывая, что В_w – индукция в сердечнике дополнительного полюса, а при выходе из сердечника в станину часть потока рассеивается и индукция уменьшается, для расчета намагничивающей силы, преодолевающей сопротивление второго воздушного зазора, принимаем

B^_w =0,312 T, т.е. в 2,4 раза меньше, чем в сердечнике.

Для снижения вероятности возникновения кругового огня на коллекторе, при резких повышениях тока, между станиной и дополнительными полюсами выполняется второй зазор, приблизительно равный первому зазору. Примем _wj = 0,5 см.

Современные тяговые двигатели электровозов выполняются с компенсационной обмоткой, значительно повышающей их эксплуатационную надежность.

Намагничивающая сила дополнительного полюса, необходимая для создания коммутирующего магнитного потока:

где коэффициент зубчатости якоря для зазора равен:

.

Первые две составляющие намагничивающей силы дополнительного полюса отражают падение магнитного потенциала в зазорах, третья составляющая связана с компенсацией поля якоря, четвертая – с наличием компенсационной обмотки (значение F_ко определяется при расчете главной магнитной цепи).

Число витков катушки дополнительного полюса

,

примем w_w = 7,0.