4 Визначення основних параметрів електричної передачі

Вибір схеми з’єднання тягових двигунів визначається наступними умовами. Коефіцієнт використання зчіпної ваги підвищується із зростанням числа паралельних кіл електродвигунів. У випадку паралельного з’єднання при пошкодженні одного з них він має бути вимкнений. При послідовному з’єднанні повинна бути вимкнена вся послідовна група.

Основним фактором при виборі схеми з’єднання є оптимальні напруга і струм генератора та двигунів. При заданій величині номінальної потужності локомотива розміри генератора та двигунів, їх надійність роботи залежать від співвідношення між напругою та струмом. [3]

На сучасних вантажних і пасажирських тепловозах застосовують, в основному, схему паралельного з`єднання з ослабленням збудження, на малопотужних вантажних – послідовно-паралельну схему з ослабленням збудження, на маневрових - послідовно-паралельну з ослабленням збудження, а при необхідності і з перемиканням з одного з`єднання на інше.

Максимальна швидкість тепловоза, до якої повинна повністю використовуватись потужність дизеля, складає:

для пасажирських – V_{K MAX}=V_КОНСТР

для вантажних - V_{K MAX}= (0,9-1,0)V_КОНСТР

для маневрових - V_{K MAX}=(0,6-0,8)V_КОНСТР

Дослідження попередньо вибраної схеми ведеться по універсальним відсотковим характеристикам.

Задаємося величиною коефіцієнта регулювання генератора К_Г=1,5 .

Так як V_max < V, то необхідно продовжити дослідження з послабленням збудженням.

,

.

Приймаючи згідно мінімальну величину коефіцієнта регулювання генератора по напрузі проводимо ослаблення поля двома способами, це слідує із умови:

Визначаємо I_{Г MIN} %

(4.1)

%

За універсальною характеристикою [2] відповідно до значення I_ГMIN % визначаємо величину V%=103 %.

Дійсна швидкість тепловоза, яка досягається тільки за рахунок регулювання генератора V_MAX , визначається за формулою

(4.2)

Швидкість тепловоза при ослабленні збудження V, визначається за формулою

, (4.3)

V=V

де К_Н – коефіцієнт насичення магнітної системи двигуна, К_Н=1,3.

Робимо висновок, що послаблення поля слід виконувати двома ступенями зі співвідношення: α₂ = α_min; α₁ =.

(4.5)

(4.6)

(4.7)

.

,

Зовнішня характеристика тягового генератора будується із умови гіперболічності

(4.8)

Зовнішня характеристика тягового генератора приведена на рис.

Для тягових генераторів максимальна напруга U_{Г MAX} зазвичай знаходиться в межах 570-820 В. Приймаємо U_{Г MAX}=750 В.

При вибраному U_{Г MAX} мінімальний струм генератора I_{Г MIN}, А

, (4.9)

А

Напруга тривалого режиму U_{Г ∞}, В

, (4.10)

де К_Г – коефіцієнт регулювання головного генератора за напругою, К_Г=1,5.

В

Струм тривалого режиму I_{Г ∞}, А

, (4.11)

А

Максимальний струм генератора I_{Г MAX}, А визначається за формулою

, (4.12)

де С_Г – коефіцієнт регулювання генератора за струмом, С_Г=1,9.

А

Мінімальна напруга генератора U_{Г MIN}, В визначається за формулою

, (4.13)

В

Напруга двигуна U_{д ∞} , В визначається за формулою

_, (4.14)

де m_ПС – число послідовно з`єднаних двигунів в параллельному ланцюгу, для вибраної схеми з`єнання двигунів m_ПС=1.

В

Струм двигуна I_{д ∞} , А визначається за формулою

, (4.15)

де а – число паралельних гілок двигуна, а=6.

А

Передаточне число зубчастої передачі U_МЕХ визначається за формулою

, (4.16)

де ω_{2 max}-найбільша кутова швидкість вала електродвигуна, ω_{2 max}=243

;

V_K – конструкційна швидкість локомотива, .

Максимальний діаметр ділильного кола великого зубчастого колеса D_Z, мм визначається за формулою

, (4.17)

де D_K-діаметр колеса, D_K=1220 мм.

δ_З-зазор між нижніми точками редуктора і головкою рейки, δ_З=130 мм;

g-відстань від ділильного кола колеса до кожуха, g=25 мм.

мм

Кількість зубців великого зубчатого колеса Z_В, визначається за формулою

, (4.18)

де m-модуль зачеплення, вибирається в залежності від навантаження

колеса на рейку, m=11 [2].

Кількість зубців малої шестерні Z_М визначається за формулою

, (4.19)

де і-передаточне відношення, і=3,23.

Діаметр ділильного кола малої шестерні d_Z, мм визначається за формулою

(4.20)

мм

Централь зубчастого зачеплення Ц, мм визначається за формулою

(4.21)

мм

Уточнюємо значення передаточного відношення U_МEХ за формулою

(4.22)

Розрахунок електричної передачі проведено для літнього режиму роботи з вимкненим генератором опалення поїзду. При використанні генератора опалення поїзду розрахунок проводиться для потужності Р=2467,5 кВт.Р

Більше докладний розрахунок основних параметрів передачі був зроблений на ЕОМ. Результати наведені в роздруківці

	1. ВИЗНАЧЕННЯ ПЕРЕДАТОЧНОГО ЧИСЛА ТЯГОВОГО
			РЕДУКТОРА
Предварительно принимаем			µ=	2,95
Частота вращения якоря ТЕД в продолжительном режиме
Vр=	22	км/час	nн=	679,2	об/мин
Dк=	1220	мм
	Диаметр зубчатого колеса
h'=	120	мм	Dз=	910	мм
h''=	20	мм
	Номинальний момент двигателя
с=	6		Мн=	5,919	кНм
Fр=	169,16	кН
	Принимаем		m=	11	мм
	Число зубьев колеса		Zk=	82,72727	Приймаємо	Zk=	83
	Диаметр шестерни		Dш=	308,5	мм
	Число зубьев шестерни Zш=			26,0	Приймаєм	Zш=	26
	Уточняем передаточное отношение				µ=	3,192308
	Централь зацепления Ц=			605	мм
Мощность на валу ТЕД Рд=			421,4	кВт	Приймаєм	Кя=	650	мм
n ном=	554,2	об/мин
Предварительний диаметр якоря Дя=				593,3	Приймаєм	Дя=	560	мм
	Проверяем условие Дя			≤	1,15*Ц
			560	≤	695,8	условие выполняется
	Максимальная допустимая окружная скорость якоря
Vмах=	81,88	км/час	n мах=	856,2	об/мин
		Vя мах=	25,1	м/с	<	70 м/с
	Высота корпуса двигателя			В=	933,3	мм
Расстояние от корпуса ТЕД до головки рельса					Приймаєм	х=	25
		а=	168,3	мм
	Окончательно определяем частоту вращения якоря ТЕД
			n ном=	735,0	об/мин
		2. РОЗРАХУНОК ОСНОВНИХ РОЗМІРОВ ТЕД
Приведенный объем якоря					Приймаєм	α=	0,7
						А=	450	А/см
						В=	0,95	Тл
		Vя=	114949	см. куб.
Длина сердечника якоря
		Lя=	36,7	см	Приймаєм	Lя=	48	см
Полюсное деление якоря					Приймаєм	2р=	4
		тау=	44,0	см
Ток параллельной ветви					Приймаєм	2а=	4
Iгн=	3230	А
		Iдн=	538	А	iя=	134,5833	А
		условие iя<250 А выполняется
Число проводников обмотки якоря
			N=	588	Приймаєм	N=	560
Число коллекторных пластин			К=	280	штук
Среднее напряжение между коллекторными пластинами
		Uк ср.=	10,7		Приймаєм	Uдмах=	750	В
		условие Uк ср.< 16В выполняется
Диаметр коллектора ТЭД
		Дк=	448	мм	Приймаєм	Дк=	450	мм
Коллекторное деление			tк=	5,048984
		условие	tк>	4мм выполняется
		Выбираем число пазов якоря по рис.3				Z=	53
Число коллекторных пластин на паз				nк=	5
					Приймаєм	nк=	4
Тогда	К=	212	штук
Объем тока в пазу 2*nk*Iя=			1076,7	А < 1800 выполняется
Окончательно число проводников обмотки якоря					N=	424
Окончательно линейная нагрузка якоря				А=	324,4	А/см
Основной магнитный поток ТЭД					Приймаєм	Uд ном =	500	В
а=	4	р=	4
		Фо ном =	0,0924	Вб
		3. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ТЭД
Характеристика холостого хода
		Фо=Фо%/100*Фон			Ід=Ід%/100*Ідн
	Таблица №1
І%	0	40	60	80	100	120	140	160
І,А	0	215	323	431	538	646	754	861
Фо%	0	60	80	90	100	105	110	115
Фо,Вб	0	0,0554	0,0739	0,0832	0,0924	0,0970	0,1017	0,1063
	По данным таблицы №1 строим характеристику холостого хода ТЭД
	Скоростная характеристика ТЭД
	α1=	0,616	α2=	0,38
	Определяем точку продолжительного режима работы при Ід=Ід ном
		Vр=	52,90283	км/ч
	При полном поле V(пп)=Vр(Iдн/Iд)^1,5
	При ослабленном поле V(оп1)=Vр/корень альфа1(Iдн/Iд)^1,5
	При ослабленном поле V(оп2)=Vр/корень альфа2(Iдн/Iд)^1,5*1,2
		Расчеты сводим в таблицу №2
І%		40	60	80	100	120	140	160
І,А		215	323	431	538	646	754	861
V,км/ч ПП		209,1	113,8	73,9	52,9	40,2	31,9	26,1
V,км/ч ОП1		266,4	145,0	94,2	67,4	51,3	40,7	33,3
V,км/ч ОП2		407,1	221,6	143,9	103,0	78,3	62,2	50,9
По данным таблицы №2 строим скоростную характеристику
	Тяговая характеристика двигателя
Расчетная сила тяги в продолжительном режиме
		Fр.д.=	16,50829	кН
	Сила тяги на режимах ПП,ОП1,ОП2
	При полном поле Fд(пп)=Fр.д.(Iд/Iдн)^1,5
	При ослабленном поле Fд(оп1)=Fр.д./корень альфа1(Iд/Iдн)^1,5
	При ослабленном поле Fд(оп2)=Fр.д./корень альфа2(Iд/Iдн)^1,5*0,92
		Расчеты сводим в таблицу №3
І%		40	60	80	100	120	140	160
І,А		215	323	431	538	646	754	861
F,кН (ПП)		4	8	12	17	22	27	33
F,кН( ОП1)		3	6	9	13	17	21	26
F,кН(ОП2)		2	4	7	9	12	16	19
	По данным таблицы №3 строим тяговую характеристику ТЭД
	Характеристика К.П.Д. двигателя
		к.п.д.=(1,18-0,18(Iд/Iд.н))*кпд пер.
	Результаты расчетов сводим в таблицу №4
І, А		0,7	0,8	0,9	1,0	1,2	1,4	1,5
КПД, %		0,950	0,934	0,917	0,901	0,869	0,836	0,820
	По данным таблицы №4 строим характеристику КПД двигателя
	4. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ТЯГОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛОВОЗА
	Для расчета тяговой характеристики используем электромеханические
	характеристики ТЭД для различних ступеней ослабления поля.
Касательная сила тяги тепловоза Fк=Fд*C, кН
	V1=	53	км/ч
	V2=	104,98	км/ч
	Расчеты сводим в таблицу №5
		78,3	103,0	143,9	221,6
		74	56	40	26
V,км/чПП		209,1	113,8	73,9	52,9	40,2	31,9	26,1
V,км/чОП1		266,4	145,0	94,2	67,4	51,3	40,7	33,3
Fд,кН ОП1		8	6	9	13	17	21	26
V,км/чОП2		407,1	221,6	143,9	103,0	78,3	62,2	50,9
Fд,кН ОП2		2	4	7	9	12	16	19
Fк,кН ПП		25	46	71	99	130	164	200
Fк,кН ОП1		48	36	56	78	102	129	157
Fк,кН ОП2		14	26	40	56	74	93	114
	По данным таблицы №5 строим тяговую характеристику тепловоза
V,км/ч	26,1	31,9	40,2	52,9	73,9	51,3	67,4	94,2
Fк,кН	200	164	130	99	71	102	78	56
V,км/ч	78,3	103,0	143,9	221,6
Fк,кН	74	56	40	26
	Fк,кН
	5. ВЫБОР СХЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЯГОВОГО ГЕНЕРАТОРА
	За основу принимаем систему возбуждения тепловоза с электропередачей
			постояного тока