5.3. Выбор числа и размеров щеток. Установление рабочей длины коллектора

Число щеткодержателей принимается равным числу полюсов (2Р_щ=2Р).

Плотность тока под щеткой ТЭД выбирать в пределах Δ_щ=11÷15 А/см²

Площадь соприкосновения щеток одного щеткодержателя с коллектором, см²:

(5.25)

Задаваясь величиной щеточного перекрытия ширина щетки, см:

(5.26)

где =2÷5 - величина щеточного перекрытия; определяем ширину щеток, см:

Длина щетки, см:

(5.27)

где n_щ=2÷4 - количество щеток в одном щеткодержателе.

Ширина щеток - 10; 12,5; 16; 20; 25 мм.

Длина щеток - 32; 40; 50 мм.

Полная длина коллектора, см:

(5.28)

Окончательно проверяем площадь соприкосновения щеток, см²:

см²; (5.29)

А/см². (5.30)

Проверка коллектора на максимальную окружную скорость (по условиям прочности):

(5.31)

где n_max – частота вращения якоря двигателя при максимальной (конструкционной) скорости тепловоза, об/мин.

5.4. Расчет магнитной цепи тэд

Первоначально следует разработать эскиз магнитной цепи ТЭД /1, 2, 8, 9/. Магнитная цепь состоит из пяти участков, соединенных последовательно: сердечника (ярма) якоря, зубцового слоя якоря, воздушных зазоров, сердечников главных полюсов и ярма (спинки) остова. Тяговый электродвигатель принимается 4-полюсный.

Активная высота сечения сердечника якоря, м:

(5.32)

где Ф₀ - магнитный поток, Вб;

В_я - магнитная индукция в сердечнике якоря, В_я=1,4÷1,6 Тл;

k_c - коэффициент заполнения сердечника сталью, k_c=0,97.

Сечение сердечника, по которому замыкается поток определяется в мм:

(5.33)

В сердечнике якоря, как правило, делают аксиальные вентиляционные каналы диаметром d_k, располагая их в n_k рядах, что требует определенного места в радиальном направлении. Оценивают этот размер так:

. (5.34)

Диаметр каналов: d_k=20÷30 мм = 0,02÷0,03 м.

Число рядов каналов n_k=2÷3, причем каналы размещаются в шахматном порядке так, чтобы расстояние между их центрами равнялось 2,5÷3,0 мм.

Связь между конструктивной h^/_я и активной h_я высотами сечения сердечника якоря определяются формулой:

(5.35)

Внутренний диаметр сердечника якоря, м:

(5.36)

Внутренний диаметр является в то же время внешним диаметром вала якоря, на который сажают шихтованное тело сердечника.

Размеры двух участков магнитной цепи – воздушного зазора и зубцового слоя – были установлены ранее. Осевая длина сердечника полюса выбирается равной активной длине якоря , м.

Ширина полюсного сердечника b_m определяется по допустимой в полюсе индукции, которую следует выбирать в пределах B_m=1,4÷1,7 Тл;

(5.37)

где σ=1,10 - коэффициент рассеяния главных полюсов;

k_mc=0,97 - коэффициент заполнения сердечника полюса сталью.

Расчетная полюсная дуга b_σ определяются по полюсному перекрытию α_σ и полюсному делению якоря :

(5.38)

Высота сердечника полюса, м:

(5.39)

Длина станины электродвигателя, м:

(5.40)

Сечение ярма остова определяют, исходя из выбранной величины B_c<1,4 Тл:

(5.41)

Расчетная толщина станины, м:

(5.42)

По магнитному потоку Ф_о и сечениям отдельных участков Q находят индукцию В, Тл:

(5.43)

Далее по соответствующим кривым и таблицам намагничивания /1, 2, 8, 9/ находят напряженности магнитного поля H, умножая на длины соответствующих участков L, определяют магнитные напряжения, А:

(5.44)

Расчет намагничивающих сил сводится в таблицу 4, в соответствующие графы которой следует после формул вписать полученные по ним числовые значения.

Для определения намагничивающей силы воздушного зазора необходимо определить коэффициент воздушного зазора:

(5.45)

Суммировав намагничивающие силы всех участков магнитной цепи, находят общую намагничивающую силу, необходимую для проведения магнитного потока при работе электрической машины без нагрузки.

Обмотка возбуждения главных полюсов тягового электродвигателя служит для создания намагничивающей силы полюсов (н.с.), необходимой для проведения магнитного потока по магнитной цепи. Эта н.с. должна быть равна сумме магнитных напряжений на участках магнитной цепи и размагничивающей реакции якоря, т. е.

(5.46)

Полная н.с. якоря определяется по формуле:

(5.47)

а размагничивающая сила учитывается коэффициентом k_р, который в продолжительном режиме k_р=0,125. Тогда полная н.с. обмотки возбуждения главных полюсов составит:

(5.48)

Таблица 4