3.7. Расчет и построение регулировочных характеристик

электропередачи

(самостоятельно по методическому указанию, 2стр.)

3.8. Расчет и построение тяговой характеристики тепловоза

(самостоятельно, 2 стр.)

3.9. Факторы, обуславливающие конструкцию ТГ

ТГ преобразует механическую энергию дизеля в электрическую. Кроме того, в момент пуска дизеля ГПТ работает в режиме двигателя последовательного возбуждения.

Условия работы ТГ очень тяжелые. На них действуют:

1. ударные вибрации из-за неровностей, стыков, от дизеля (f = 15-20Гц);

2. запыленность и загрязненность окружающей среды;

3. изменение температуры в широких пределах (– 60 ÷ + 40°С);

4. высокая относительная влажность (до 95÷98%).

Различают два способа соединения ТГ и дизеля:

1^й – станина ТГ жестко соединена с картером дизеля, а корпус якоря с коленчатым валом (ТЭ1, ТЭ2, ТЭМ1 и ТЭМ2);

2^й – станина ТГ не связана с картером, а устанавливается лапами на поддизельную раму; сам корпус якоря через полужесткую муфту связан с коленвалом. На современных тепловозах используют этот метод крепления, но при этом производят обязательно центровку якоря в его роликоподшипнике (для обеспечения равномерного воздушного зазора между якорем и магнитной системой статора, за счет постановки прокладок между лапами ТГ и поддизельной рамой).

Вентиляция ТГ имеет большое значение.

Защищенное исполнение с самовентиляцией имели ТГ тепловозов ТЭ1, ТЭ2, ТЭ3, ТЭМ1, ТЭМ2. Здесь воздух всасывается из дизельного помещения (след. имело место содержания паров топлива, масла и т.д. ). Это способствовало быстрому разрушению изоляции.

На этих ТГ использовалась осевая система вентиляции, т.е. воздух проходит в осевом направлении.

В ТГ с Р > 1200 кВт воздух засасывается из атмосферы, а в период дождей и других неблагоприятных метеоусловий – из кузова через фильтры.

ТГ с Р до 2000 кВт имеет независимую вентиляцию (т.е. применен дополнительный вентилятор с Q = 15000 м³/ч с приводом от дизеля). Это позволило повысить степень использования активных материалов, т.е. «Aj» увеличился в 1,5 раза (с 2230 до 3750) – тепловой фактор .

В этих ТГ применена радиально-осевая система вентиляции. Обычно принимают направление воздуха от дизеля к коллектору, чтобы избежать загрязнения угольной пылью щеток.

3.10. Особенности конструкции и расчета тягового генератора постоянного тока (гп–311б)

Основными его узлами являются: станина, якорь, ГП и ДП, подшипниковый щит, щеточный токосъем, воздухозаборный патрубок.

3.10.1. Станина (остов) служит магнитопроводом, на ней размещают ГП и ДП, подшипниковый щит и вентиляционные патрубки. Материал станины – сталь Ст.3. Сечение станины определяют из электромагнитного расчета, размеры – из конструктивных и технологических соображений.

Площадь сечения станины ТГ, см²

(3.42)

где – предварительный магнитный поток на один полюспри Мкс

(1Мкс = 10^-8Вб);

–коэффициент рассеивания, равный для генераторов 1,2;

–индукция в станине, Гс. Предварительно принимают на основании значений электрических и магнитных нагрузок у современных ТГ (см. табл. 3.1). 1Тл = 10⁴Гс.

Мкс

(3.43)

где а – число пар параллельных ветвей;

р – число пар полюсов;

n – частота вращения якоря, мин^-1;

N – число проводников якорной обмотки.

Станина должна закрывать выступающие лобовые части якорной обмотки, поэтому ее длинна:

(3.44)

Толщина станины, см:

(3.45)

Таблица 3.1

Значения электрических и магнитных нагрузок у ТГ, обеспечивающих 1,5 кратное повышение напряжение

Нагрузка	Величина нагрузки
1. Индукция при номинальном режиме, Тл
в воздушном зазоре	0,65 ÷ 0,75
в ярме якоря	0,6 ÷ 0,7
в зубцах якоря на высоты	1,4 ÷ 1,5
в станине	1,1 ÷ 1,5
в сердечнике ГП	1,15 ÷ 1,2
2. Плотность тока, А/мм2
в обмотке якоря при номин. режиме	4 – 10
в обмотке ДП	5 – 6
в обмотке ГП при	3,5 – 6
3. Линейная нагрузка при номин. Режиме AS, А/см	500 ÷ 550
4. Намагничивающая сила обмотки возбуждения одного полюса при	10000 ÷ 12000
5. Тепловой фактор или фактор нагрева , А2/см·мм2	2400 ÷ 4000

Для определения внешнего диаметра станины необходимо знать высоту главного полюсаи величину зазора между якорем и ГП.

Высоту полюса можно определить предварительно по графику (рис. 3.19).

Рис. 3.19. Зависимость от

Величину определяем по формуле:

(3.46)

где – коэффициент полюсного перекрытия, определяется по кривой (рис. 3.20) в зависимости от.→

–полюсное деление, см: ;

–ширина башмака ГП.

Наружный диаметр станины, см:

(3.47)

Внутренний диаметр станины, см:

(3.48)

Масса станины, кг:

(3.49)

Рис. 3.19. Зависимость от

3.10.2. Якорь состоит: вал, остов, сердечник, обмотка, коллектор и крепежный детали.

Якоря тепло­возных тяговых генераторов изготовляют с укороченным валом, т.е. применяют так называемую «безвальную конструкцию», что по­зволяет снизить температуру нагревания обмотки, трудоемкость изготовления и ремонта, а также массу тягового генератора. Так как у генератора ГП311Б применена радиально-осевая система ох­лаждения якоря, при которой необходим свободный подвод возду­ха в центральную его часть (для входа в радиальные каналы), кор­пус имеет ребристую конструкцию и состоит из сварно-литого барабана, к которому приварены литые фланцы: задний использу­ется для соединения с валом дизеля, передний — для напрессовки коллектора.

К барабану корпуса приварены диски продольных ребер (10 шт.). Сер­дечник якоря состоит из пяти штампованных сегментов, которые собирают на продольных шпильках, проходящих через отверстия в сегментах. Собранный и спрессованный сердечник удерживается на корпусе дву­мя стальными обмоткодержателями, стянутыми шпильками и при­крепленными к корпусу болтами и призонными штифтами, кото­рые предотвращают обмоткодержатели от смещения под действием угловых ускорений при пуске и работе дизеля.

Для крепления сердечника применены встречные клиновые шпон­ки, закладываемые в пазы сегментов и ребер. Радиальный натяг между сердечником и корпусом создается расклиниванием шпонок при нагре­том сердечнике. Каждый лист сердечника якоря имеет 155 пазов. Для создания радиальных каналов сердечник разделяют на пакеты и между ними прокладывают листы с распорками (вентиляционные). Вал якоря устанавливают на 2^х рядный сферический самоустанавливающийся роликоподшипник.

Коллекторы являются одним из наиболее сложных узлов по коли­честву деталей, технологии изготовления и ремонта. В тяговых маши­нах применяют коллекторы арочного типа.

Для определения диаметра якоря ГП при расчете необходимо выбрать тип якорной обмотки, который бы обеспечил нормальную работу генератора. Обычно используют 2^х ходовую петлевую, несимметричную, однократно замкнутую, ступенчатую обмотку для которой в условиях тепловозных электропередач: (3.50)

Полученный таким образом округляется в соответствии с нормализованными диаметрами якорей (см. табл. 3.2).

Таблица 3.2

Внешние диаметры якорей МПТ серии П при n = 750 ÷ 1000 мин^-1

в пределах мощности 200 ÷ 2500 кВт

Номер габарита	12	13	14	15	16	17	18	19
, мм	423	493	590	740	850	990	1200	1500

Раньше на тепловозах применялись ТГ с лягушачьими обмотками. Но сейчас их применение считают нецелесообразным, т.к. они уступают петлевым по своим коммутационным свойствам, и тем, что в секциях лягушачьей обмотки перед началом и в конце процесса коммутации происходят значительные всплески тока, затрудняющие процесс коммутации.

Возможность применения «Я» с рассчитанным на генераторе, работающем с заданной, проверяется по его максимальной окружной скорости:

м/с м/с

(3.51)

Предварительное определение длинны якоря производят по

(3.52)

где – среднее значение напряжения между коллекторными пластинами, В

(подсчитывают по формуле Касьянова);

–индукция в, Гс;

–коэффициент полюсного перекрытия;

–окружная скорость якоря, м/с.

Отношение определяется типом якорной обмотки. В простой петлевой2а = 2р. У двухходовой петлевой 2а = 2·2р. принимают по рисунку (3.19) или= 0,68÷0,72.берут из таблицы 3.1.

3.10.3 Обмотки якоря, которые используются на ГПТ тепловозов, подразделяются на петлевые, комбинированные и многоходовые.

Петлевую обмотку имеют якоря ТГ небольшой мощности.

ТГ с Р > 1350 кВт выполняют с комбинированной или многоходовой обмоткой. На первых тепловозах с такой мощностью применялись комбинированные или лягушечьи обмотки (комбинация или использование двух обмоток – простая петлевая – волновая обмотка).

Так как они уступали петлевым по своим коммутационным свойствам и тем, что в секции лягушачьей обмотки перед началом и в конце процесса коммутации происходят значительные всплески тока, затрудняющие сам процесс коммутации.

Для более устойчивой работы с 1971г. ГП-311Б выполняют с петлевой ступенчатой двухходовой обмоткой якоря и уравнительными соединениями со стороны коллектора, а также применяют стеклобандаж лобовых частей (без ухудшения коммутации).

Рис. 3.20 – Схема 2^х ходовой петлевой ступенчатой обмотки ГП 311Б.

y_z = 1- 16,17; y_к = 2; y_y = 93; y₁ = 46; y₂ = 44; y_k = y₁- y₂ = 2;

Она образуется из 2^х простых петлевых, при этом проводники и коллекторные пластины разных простых обмоток чередуются.

Их главная особенность в том, что соблюдено условие 2а = 2р·m, где m – число простых обмоток в сложной.

Она состоит из 3^х элементарных одновитковых секций (провод ПЭТВСД 2,8x6,3). Изоляция катушки якорной обмотки от корпуса выполне­на тремя слоями стеклослюдинитовой ленты ЛСПЭ-934-ТП и од­ним слоем стеклянной ленты ЛЭС (вполуперекрышу), кроме того, производится выстилка паза пленочной стеклотканью.

Рис. 3.21 – Разрез паза 2^х ходовой ступенчатой обмотки

Каждый проводник изолирован одним слоем слюдинито­вой ленты ЛС (вполуперекрышу), а все пять проводников изолированы стеклянной лентой ЛЭС, пропитанной в лаке КО-916К.

После укладки в якорь обмотку пропитывают в изоляционном лаке вакуум-нагнетательным способом (сушат в вакууме, а пропитывают под давлением) и запекают с целью обеспечения монолитности конструкции, покрывают эмалью, балансируют.

Уравнительные соединения выполнены из меди ПММ размером 1,32x6,3 мм.

Сечение проводника якорной обмотки определяется на основании выбора теплового фактора. Для тепловозных генераторов с радиальной системой вентиляции якоря

(мм2)

(3.53)

где – плотность тока в проводнике обмотки якоря (4÷10А/мм²).

Полученные значения округляются до ближайших размеров по ГОСТу на обмоточную медь. Зная размеры элементарных проводников и кол–во проводников в пазу, определяют размеры паза. Необходимо учесть по высоте паза постановку 3^х прокладок (на дно паза, между секциями и под клин), а так же высоту клина (5 – 6 мм).

Ширина паза

(мм)

(3.54)

Высота паза

(мм)

(3.55)

где – кол-во элементарных проводников, на которые по высоте разделен один эффективный проводник;

–кол-во коллекторных пластин на паз;

,– высота и ширина меди проводника, мм;

–кол-во эффективных проводников в пазу; , (N – кол-во проводников).

,– высота и ширина изоляции проводников;

–допуск на ширину паза;

–высота прокладок;

–высота клина;

–допуск по высоте паза.

Отношение = 3÷4,5 – для тепловозных ТГ.

Затем, определив параметры зубцовой зоны, определяю необходимую длину сердечника якоря

(см)

(3.56)