5.Разработка силовой схемы тепловоза

При вычерчивании принципиальной схемы силовой цепи тепловоза, за основу принимаем электрическую схему одного из тепловозов с электрической передачей.

Рис.5.1. Силовая схема тепловоза с параллельным соединением ТЭД

6.Определение основных размеров двигателя

6.1. Расчет приведенного объема и длины якоря электродвигателя

Приведенный объем якоря, см³,

; (6.1)

где l_Я – длина сердечника якоря, см;

α – коэффициент полюсного перекрытия;

А – линейная нагрузка якоря, А/см;

В_δ – расчетная магнитная индукция в воздушном зазоре, Тл.

Для тепловозных тяговых электродвигателей α = 0,67 - 0,72; А = 450 - 550 А/см; В_δ = 0,95 - 1,1 Тл.

Длина сердечника якоря, см,

; (6.2)

.

Для тепловозных тяговых электродвигателей, см,

l_Я ≤ 45,0 – 48,0. (6.3)

Полюсное деление якоря, см,

; (6.4)

,

где 2р – число главных полюсов.

Зазор под центром полюса, мм,

; (6.5)

.

Зазор под краем полюса рекомендуется принимать δ _К ≥ 2 δ.

6.2.Расчет обмотки якоря и размеров паза

В курсовой работе принимаем простую петле­вую двухслойную обмотку якоря и число главных полюсов 2р = 4.

В этом случае число параллельных ветвей обмотки равно числу полюсов: 2а = 2р, а ток в параллельной ветви определяется по формуле, А:

; (6.6)

; .

Число проводников обмотки якоря (предварительно),

; (6.7)

.

Так как при двухслойной обмотке с каждой коллекторной пластиной связаны два проводника обмотки якоря, то число коллекторных пластин, шт,

; (6.8)

.

Найденное число коллекторных пластин проверяется по допустимому среднему напряжению между ними при максимальном напряжении на зажимах тягового электродвигателя, В:

; (6.9)

.

Предварительно оценивается диаметр коллектора, мм:

; (6.10)

.

и определяется коллекторное деление:

; (6.11)

.

Значение t_K не должно быть меньше 4 мм (t_K ≥ 4 мм).

Число пазов якоря Z_n выбираем по кривой (рис. 6.1.). По условиям симметрии отношение Z_n/2p должно быть целым числом, а для снижения амплитуды пульсации магнитного потока в воздушном зазоре ТЭД – четным, не делящимся на четыре.

Число коллекторных пластин на паз S_K = K/Z_n должно быть целым (для тепловозных ТЭД S_K = 3-6). Число пазов уточняется проверкой объема тока в пазу: 2S_k ≤ 1800 А.

Если все вышеперечисленные условия достигнуты, определяется окончательное число проводников обмотки якоря:

Принимаем S_п =8, а Z_n = 54. По рисунку 6.1.

Линейная нагрузка (окончательно), А/см,

; (6.13)

Размеры паза h_П × b_П оказывают большое влияние на степень использования активного слоя якоря и двигателя в целом. Их можно определить, зная размеры проводника, число слоев и толщину изоляции.

Для определения сечения проводника якоря следует задаться значением фактора нагрева, являющегося произведением линейной нагрузки на плотность тока в проводнике (Aj_Я, А²/(см∙мм²).

Для тепловозных тяговых электрических машин

Aj_Я = 2500 – 4500, А²/(см∙мм²); j_Я = 5 – 7 А/мм², (6.14)

тогда

; (6.15)

.

Площадь сечения проводника обмотки якоря, мм²,

; (6.16)

.

Размеры проводника должны быть подобраны так, чтобы отношение высоты паза к ширине h_П/b_П = 3 – 5. Если высота проводника больше 10-12 мм, необходимо принять половинное сечение, полученное по (6.16). Для уменьшения дополнительных потерь в якоре принимают два проводника по 0,5q_Я, укладываемых по высоте паза.

В курсовой работе принимаем изоляцию класса нагревостойкости F, допускающую максимальное превышение температуры обмотки якоря над температурой охлаждающего воздуха на 140°С.

Практически площадь сечения проводника получается комбинацией любых двух размеров – высоты h _M и ширины b _М – обмоточной прямоугольной меди (мм) в нижеприведенном ряду:

0,90	1,56	2,63	4,40	6,90	10,80	16,00
1,01	1,68	2,83	4,70	7,00	11,00	16,80
1,08	1,81	3,05	5,10	7,40	11,60	18,00
1,16	1,95	3,28	5,50	8,00	12,50	19,50
1,25	2,10	3,53	5,90	8,60	13,50	22,00
1,35	2,26	3,80	6,40	9,30	14,50	25,00
1,45	2,44	4,10	6,50	10,0	15,60	28,00

В этом случае обмотка якоря выполняется из провода марки ПЭТВСД с эмалеволокнистой витковой изоляцией толщиной 0,1 мм одним слоем вполуперекрышу (двусторонняя толщина изоляции проводника – 0,4 мм).

Корпусная изоляция является основной и зависит от максимального напряжения тягового генератора. Она выполняется из стеклослюдинитовой ленты ЛСФЧ толщиной 0,1 мм. При напряжении относительно корпуса до 750В наматывается 2,5 слоя изоляции вполуперекрышу. В этом случае полная двусторонняя толщина изоляции составит 1,0 мм (0,1·2,5·2·2).

При напряжении относительно корпуса до 1000 В (но более 750 В) корпусная изоляция наматывается в 3,5 слоя вполуперекрышу. В этом случае полная двусторонняя толщина изоляции составит 1,4 мм (0,1·3,5·2·2).

Покровная изоляци защищает корпусную от механических повреждений. Независимо от напряжения ее выполняют одним слоем вполуперекрышу из стеклоленты толщиной 0,15 мм.

Учитывают необходимость прокладок из миканита толщиной 0,5 мм, закладываемых на дно, между сторонами катушек и под клин. Предусматривается место по высоте паза (6-8 мм) для клина. Зазор на укладку по высоте паза принимают равным 0,15 – 0,20 мм, по ширине – 0,2 – 0,3 мм.

Ширина паза, мм,

;

.

Далее определяются размеры зубцового слоя якоря.

Ширина зубца у основания, мм,

; (6.17)

.

Ширина зубца на высоте 1/3 h_z от его основания, мм,

; (6.18)

.

Рис.6.2.Сечение паза якоря с уложенными в нем проводниками

Зубцовый шаг, рассчитываем по формуле, мм:

по внешнему диаметру якоря –

; (6.19)

;

по дну паза –

; (6.20)

;

на 1/3 высоты зубца от основания –

; (6.21)

.

Для окончательного суждения о правильности выбранных размеров проводника и паза якоря определяется магнитная индукция в сечении зубца на 1/3 его высоты, считая от основания. Расчетное сечение зубцов для прохождения магнитного потока, м²,

; (6.22)

,

где α - коэффициент полюсного перекрытия;

k_И ⁼ 0,97 - коэффициент, учитывающий изоляцию листов пакета якоря из электротехнической стали марки 1312.

Основной магнитный поток машины, Вб,

; (6.23)

,

где U_ДН – напряжение ТЭД в длительном режиме (определяется в соответст­вии со схемой присоединения двигателей к тяговому генератору);

0,96 U_ДН = Е – ЭДС машины в продолжительном режиме, В;

n_Н – частота вращения якоря в продолжительном режиме, мин^-1.

Магнитная индукция в сечении зубца на 1/3 высоты паза, Тл,

; (6.24)

.

Индукция B_Z1/3 не должна превышать значений, приведённых на рис. 6.3.