1. Исходные данные

1. Диаметр колеса по кругу катания D_K =1250 мм;

2. Количество движущих осей локомотива n_ос=6;

3. Осе­вая нагрузка локомотива 2П=23т;

4. Конструкционная скорость локомо­тива V_K =100 км/ч;

5. Номинальная мощность ТЭД Р_дн=650 кВт;

6. Номинальное напряжение ТЭД U_дн=1500 В;

7. Число главных полюсов ТЭД 2р=6;

8. Число параллельных ветвей якорной обмотки двигателя 2а=6;

9. Номинальная частота вращения вала ТЭД n_ДН = 770 об/мин;

10. Количество проводников якорной обмотки N = 812;

11. Передаточное число зубчатой передачи колесно-моторного блока µ=3.83

2. Определение параметров номинального режима работы тэд: силы тока iдн, магнитного потока фдн

2.1 Определение конструктивных постоянных двигателей С_е и С_м

; (1)

, (2)

где р - число пар главных полюсов двигателя;

N - количество проводников якорной обмотки;

а - число пар параллельных ветвей якорной обмотки.

;

2.2 Вычисление силы тока ТЭД на номинальном режиме работы

, А, (3)

где U_ДН, P_ДН, η_ДН - номинальные значения напряжения, мощности и к.п.д. двигателя.

Величину номинального к.п.д. принимаем для тепловоза равной η_ДН = 0,92.

А,

2.3 Расчет магнитного потока возбуждения ТЭД на номинальном режиме работы

, Вб, (4)

где n_ДН - номинальная частота вращения вала ТЭД, n_ДН =770 об/мин.

, Вб.

3. Расчет и построение универсальной магнитной характеристики ТЭД Ф_Д=f(I_В)

Определение зависимости магнитного потока Ф_д от режимов ра­боты тягового электрического двигателя.

При расчете электромеханических характеристик любого электро­двигателя используют его магнитные характеристики (кривые намагни­чивания), то есть зависимости магнитного потока Ф_д от тока возбуждения I_В и тока якоря I_д. Их обычно представляют в виде графиков Ф_Д=f(I_В) построенных для различных величин тока якоря I_д, и называют нагрузочными характеристиками.

Для локомотивных ТЭД с последовательным возбуждением семей­ство нагрузочных характеристик Ф_д=f(I_В, I_д) можно заменить одной кри­вой Ф_Д=f(I_В), считая I_д = I_В. Однако для определения этой зависимо­сти, которую будем называть универсальной магнитной ха­рактеристикой ТЭД, необходимо провести расчеты его магнитной сис­темы и взаимодействия магнитных полей полюсов и якоря. В данной курсовой работе будем использовать безраз­мерные универсальные магнитные характеристики ТЭД.

Они представляют собой зависимости магнитного потока Ф_д от то­ка возбуждения I_В, выраженные относительно значений Ф_ДН и I_ВН на но­минальном режиме работы ТЭД (табл. 1).

Таблица 1

Безразмерные универсальные магнитные характеристики электровозных и тепловозных тяговых электродвигателей

(IВ/IВН)=(IД/IДН)		0,25	0,50	0,75	1,00	1,25	1,50
(Фд/Фдн)	ТЭД электровоза	0,50	0,72	0,88	1,00	1,07	1,11
	ТЭД тепловоза	0,52	0,77	0,92		1,03	1,06

Определение искомой зави­симости Ф_Д=f(I_В) (в абсолютных величинах) осуществляют по точкам безразмерной характеристики путем пересчета по формулам

Ф_д = (Ф_д / Ф_дн) Ф_дн, Вб;

I_В = (I_В / I_ВН) I_ВН, А

считая, что I_ВН=I_ДН.

Полученные координаты точек универсальной магнитной характе­ристики ТЭД заносим в таблицу 2 и далее строим график Ф_д=f(I_В) на миллиметровой бумаге (см. рисунок 1 приложения).

Таблица 2

Безразмерная универсальная магнитная характеристика электровозного тягового электродвигателя

(IВ/IВН)=(IД/IДН)	0,25	0,50	0,75	1,00	1,25	1,50
(Фд/Фдн) ТЭД электровоза	0,50	0,72	0,88	1,00	1,07	1,11
ФД	0,07	0,10	0,123	0,14	0,15	0,155
IВ	117,8	235,5	353,3	471	588,8	706,5

4. Расчет и построение кривых намагничивания ТЭД при различных режимах нагрузки и ослабления возбуждения Ф_д=f(I_Д, α)

При выполнении данного этапа заполняем таблицу 3. Значения I_д задаем по точкам универсальной магнит­ной характеристики в диапазоне (0,25-1,50)I_дн. Величины тока возбуждения I_В, соответ­ствующие каждому значению тока I_д, составляют

, А, (5)

где α - коэффициент ослабления возбуждения ТЭД.

Значения коэффициента α на первой (ОП₁) и второй (ОП₂) ступенях ослабления возбуждения принимаем равными и .

Значения магнитного потока Ф_Д для каждого сочетания величин тока якоря I_д и коэффициента α можно приближенно определить по по­строенному ранее графику универсальной магнитной характеристики ТЭД Ф_Д=f(I_В).

Моментную характеристику ТЭД М_Д=f(I_Д) рассчитывают, с учетом формулы (5), по выражению

,Нм, (6)

где М_Д - вращающий момент на валу ТЭД;

η_М- механический к.п.д. двигателя, равный 0,96-0,98.

Скоростная характеристика n_Д=f(I_Д) определяется из уравнений (4.6) и (4.7), характеризующих состояние электрической цепи ТЭД, принимая I_дR_д≈0,04 U_Д:

,об/мин, (7)

Полученные точки с координатами (I_Д,Ф_Д) наносим на миллиметровую бумагу и построить кривые намагничивания двигателя Ф_д=f(I_Д) по данным ко­торой построить электромеханические характеристики n_д=f(I_Д) и М_д=f(I_Д) для различных режимов возбуждения ТЭД для режимов возбуждения ПП, ОП₁, и ОП₂ (см. рисунок 2,3,4 приложения).

Таблица 3

Кривые намагничивания ТЭД при разных режимах возбуждения

IД, А		117,8	235,5	353,3	471	588,8	706,5
ПП α =1,00	Фд,Вб	0,07	0,10	0,123	0,14	0,15	0,155
	Мд, Нм	1023,6	2923,2	5394,1	8185,0	10963,0	13592,9
	nД, об/мин	1523,8	1066,7	867,2	761,9	711,1	688,2
ОП1, α = 0,6	Фд,Вб	0,05	0,077	0,095	0,11	0,123	0,136
	Мд, Нм	731,1	2250,9	4166,2	6431,1	8989,6	11926,7
	nД, об/мин	2133,3	1385,3	1122,8	969,7	867,2	784,3
ОП2 α = 0,35	Фд, Вб	0,034	0,055	0,072	0,085	0,094	0,12
	Мд, Нм	497,2	1607,8	3157,5	4969,5	6870,1	10523,6
	nД, об/мин	3137,3	1939,4	1481,5	1254,9	1134,8	888,9

5. Определение электротяговых характеристик тягового привода локомотива V=f(I_Д) и F_КД=f(I_Д)

Электротяговые характеристики F_КД=f(I_Д) и V=f(I_Д) отражают изме­нение механических параметров на ободе колеса. Поэтому они также называются электромеханическими характеристиками ТЭД, отне­сенными к ободу колеса локомотива.

Зависимость силы тяги F_КД на ободе колеса, развиваемой дви­гателем, от тока якоря I_Д можно рассчитать по известной моментной ха­рактеристике М_Д=f(I_Д) и параметрам колесно-моторного блока. При этом взаимная связь величин F_КД и М_Д определяется соотношением

, Н, (18)

где D_K - диаметр колеса локомотива по кругу катания, м;

µ - передаточное число зубчатой передачи колесно-моторного блока;

η₃ - к.п.д. зубчатой передачи, равный η_з = 0,975.

Значения параметров µ и D_K принимаются в соответствии с заданием к курсовой работе, следовательно D_K = 1,250 м; µ = 3,83.

Скоростная характеристика V=f(I_Д), отнесенная к ободу колеса, рассчитывается по электромеханической характеристике n_л=f(I_д) ТЭД с учетом того, что скорость движения локомотива принято выражать в км/ч:

, км/ч (19)

Результаты расчетов заносим в таблицу 5. Полученные электромеханические характеристики ТЭД F_КД=f(I_Д) и V=f(I_Д) (см. рисунок 5,6 приложения), отнесен­ные к ободу колеса, необходимы для построения тяговых характерис­тик локомотивов.

Таблица 5.

Электротяговые характеристики тягового привода электровоза

IД, А		117,8	235,5	353,3	471	588,8	706,5
ПП α =1,00	FКД, кН	6,12	17,47	32,23	48,9	62,5	81,21
	V, км/ч	93,5	65,45	53,2	46,75	43,63	42,22
ОП1, α = 0,6	FКД, кН	4,37	13,45	24,89	38,42	53,71	71,26
	V, км/ч	130,89	85,0	68,89	59,5	53,21	48,12
ОП2 α = 0,35	FКД, кН	2,97	9,61	18,87	26,69	41,05	62,87
	V, км/ч	192,5	119,0	90,9	77,0	69,63	54,54