Расчёт основных параметров зубчатой передачи тягового электродвигателя

 

.

 

3.   Выбор размеров проводника катушки добавочного полюса

 

Выбор размеров меди производим по фактическому месту, имеющемуся для рационального размещения катушки на добавочном полюсе и во внутренней полости машины, обеспечивая её компактность (рисунок 8.1 – эскиз магнитной цепи проектируемого ТЭД). По условиям технологии изготовления катушки добавочного полюса при в двигателях с круглым остовом, обмотка добавочного полюса намотана на узкое ребро, такой способ намотки позволяет получить катушку наиболее компактной и прочной и весьма рациональной в тепловом отношении.

Изоляцию обмотки добавочного полюса выполняем состоящей из следующих компонентов: межвитковая изоляция – прокладка из асбестовой бумаги толщиной 0,5 мм; корпусная изоляция – стеклослюдинитовая лента толщиной 0,13 мм в четыре слоя вполуперекрышу; покровная изоляция – стеклолента толщиной 0,2 мм одним слоем вполуперекрышу.

Размеры сечения меди выбираем среди  стандартных значений по ГОСТ 434–71. Обмотка добавочного полюса намотана голой мягкой шинной медью марки МГМ. Согласно полученному сечению меди катушки добавочного полюса принимаем ширину меди .

Ширина  катушки добавочного полюса, намотанной на узкое ребро, рассчитана в таблице 10.3.1. Суммарная ширина катушки добавочного полюса .

Высоту медной шины катушки добавочного полюса предварительно определяем по формуле

 

,                                      (10.3.6)

.

 

Полученное  значение высоты медной шины катушки добавочного полюса округляем до ближайшего стандартного размера по ГОСТ 434–71. Принимаем стандартный размер прямоугольной меди .

В итоге, обмотка добавочного полюса выполнена  голой мягкой шинной медью марки  МГМ, сечением .

Внешний контур катушки добавочного полюса изображён на эскизе магнитной цепи ТЭД (рисунок 8.1).

 

3.   Определение размеров катушки добавочного полюса

 

Далее, зная размеры проводника катушки добавочного  полюса, сечение проводника, намечаем размеры катушки добавочного полюса. Ширина и высота катушки определяются по суммарной ширине и высоте меди проводников вместе с изоляцией. Результаты расчёта размеров катушки добавочного полюса сводим в таблицу 10.3.1.

 

Таблица 10.3.1 – Размеры катушки добавочного полюса

Высота, мм
Медь	16,8
Корпусная изоляция – полиамидная лента толщиной 0,05 мм, четыре слоя вполуперекрышу   0,05×4×2×2	0,8
Изоляция покровная – стеклолента толщиной 0,1 мм, один слой встык   0,1×2×1	0,2
Ширина, мм
Медь 2,1·7	14,7
Межвитковая изоляция – полиамидная пленка толщиной 0,05 мм,   0,05×6	0,3
Изоляция пакета (корпусная) – полиамидная лента толщиной 0,05 мм, четыре слоя вполуперекрышу   0,05×4×2×2	0,8
Изоляция покровная – – стеклолента толщиной 0,1 мм, один слой встык   0,1×2×1	0,8
Ширина катушки	16
Общая ширина с распушением 8%: 1,28×16	20,5

 

3.   Расчёт средней длины витка катушки добавочного полюса

 

Среднюю длину витка катушки  добавочного полюса определяем по формуле

 

,                             (10.3.7)

 

где – длина и ширина сердечника добавочного полюса, мм;

      – ширина катушки добавочного полюса, мм.

 

.

 

3.   Расчёт длины меди катушки добавочного полюса

 

Длину меди одной катушки добавочного полюса определяем по формуле

 

,                                        (10.3.8)

 

.

 

3. Расчёт общей длины меди катушек добавочных полюсов

 

Общую длину  меди катушек добавочных полюсов определяем по формуле

 

,                                              (10.3.9)

 

.

 

3. Расчёт сопротивления цепи обмоток добавочных полюсов

 

Сопротивление цепи обмоток добавочных полюсов  при 20° С определяем по формуле

 

,                                       (10.3.10)

 

где – удельное сопротивление обмоточной меди при 20º С.

 

.

 

3. Расчёт массы меди катушек добавочных полюсов

 

Массу меди катушек добавочных полюсов определяем по формуле

 

,                                (10.3.11)

 

где – плотность меди.

 

.

11. РАСЧЕТ ПОТЕРЬ И  К. П. Д. ТЯГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

 

Коэффициент полезного действия тягового двигателя  определяется суммой потерь, возникающих  в тяговом двигателе при его работе.

 

11.1 Расчет потерь в тяговом двигателе

11.1.1 Расчет потерь в меди

 

Потери  в меди (электрические потери) найдем по формуле

 

     ,                                        (11.1 )

 

где – суммарное сопротивление меди при температуре +115°С.

     

,                                 (11.2)

 

где –  суммарное сопротивление меди при температуре 20°С;

 – температурный коэффициент,  для меди  .

 

,                           (11.3)

 

где , , и – соответственно сопротивления обмоток якоря, главных и добавочных полюсов, а также компенсационной обмотки;

      – коэффициент постоянной шунтировки, .

 

,

 

,

 

.

 

11.1.2 Расчет потерь в стали при холостом ходе

 

Потери в  стали при холостом ходе найдем по формуле

            

,                      (11.4)

 

где – масса стали ярма якоря, кг;

      – масса стали зубцов якоря, кг;

   и – удельные потери в стали ярма и зубцов якоря соответственно, Вт/кг.

 

Массу стали ярма якоря найдем по формуле

                                      ,   (11.5)

 

где     7,8 – плотность стали, кг/см³;

  – число аксиальных вентиляционных каналов в ряду, ;

         , –  диаметры вентиляционных каналов наружного и внутреннего ряда соответственно,  .

 

 

Массу стали зубцов якоря найдем по формуле

 

     ,                        (11.6)

 

.

 

Удельные  потери в стали ярма якоря найдем по формуле

 

    ,          (11.7)

 

где    – удельные потери на гистерезис;

        – удельные потери на вихревые токи;

    – частота перемагничивания якоря.

 

,                                               (11.8)

 

.

 

 

.

 

Удельные  потери в зубцах найдем по формуле

 

               ,                        (11.9)

 

.

 

Потери  в стали при холостом ходе

 

.

 

11.1.3 Расчет добавочных потерь в стали при нагрузке

 

Добавочные  потери в стали при нагрузке оценивают  в долях от основных потерь в стали при холостом ходе в соответствии с ГОСТ 2582-81 по формуле

 

                           ,                                    (11.10)

 

где коэффициент  зависит от нагрузки тягового двигателя по отношению к номинальной и определяется по рисунку 11.1.

 

Рис. 11.1

 

 

.

 

11.1.4 Расчет механических потерь

 

Механические  потери найдем по формуле

 

          ,                              (11.11)

 

где - потери от трения щеток о коллектор;

       - потери от трения в подшипниках.

Потери  от трения щеток о коллектор найдем по формуле

 

                     ,                          (11.12)

 

где – общая площадь прилегания щеток к коллектору;

       – удельное давление на щетку при           опорно-рамном подвешивании, ;

       – коэффициент трения щеток о коллектор, .

                               

,                                (11.13)

 

,

 

.

 

Потери от трения в подшипниках найдем по формуле

 

                          ,                                (11.14)

 

.

 

.

 

11.1.5 Расчет потерь в щеточном контакте

 

Потери  в щеточном контакте найдем по формуле

 

                       ,                                       (11.15)

 

где DU - падение напряжения в контакте щетка-коллектор, DU=3В при щетках без армирования.

 

.

 

Потери  на вентиляцию при независимой вентиляции не входят в сумму потерь, определяющих величину к.п.д. тягового двигателя, т.е.

 

.

 

11.2. Расчет коэффициента полезного действия тягового двигателя

 

К.п.д. определяется по формуле

 

          ,                          (11.16)

 

где – сумма всех потерь.

 

,       (11.17)

 

,

 

 

Расчетное значение к. п. д. незначительно отличается от ранее принятого значения . 

 

12 РАСЧЕТ И ПОСТОЕНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ  ХАРАКТЕРИСТИК ТД

 

К электромеханическим  характеристикам на валу ТД относят  зависимости:

• частоты вращения от тока n(I);
• вращающего момента от тока М(I);
• к.п.д. на валу от тока h(I).

Электромеханическими  характеристиками на ободе колеса  являются зависимости:

• скорости от тока n(I) – скоростная характеристика;
• силы тяги от тока – электротяговая характеристика;
• к.п.д. от тока h₀(I) – характеристика с   учетом  потерь   в   тяговой передаче и моторно-осевых подшипниках.

Исходной  для расчета этих зависимостей является характеристика намагничивания.

 

12.1 Характеристика намагничивания  двигателя

 

Характеристикой намагничивания называют зависимость магнитного потока от м.д.с. холостого хода .

М.д.с. холостого  хода определена ранее при расчете  магнитной цепи тягового двигателя (см.таблицу 9.1.1). Таким образом, найдена одна точка характеристики намагничивания, соответствующая номинальному режиму с координатами и .

Задаваясь другими значениями магнитного потока, повторяем указанный расчет и  находим соответствующие значения м.д.с. Задаемся следующими значениями магнитного потока: ; и , а расчет сводим в таблицу 12.

По полученным парным значениям Ф и F_m на миллиметровой бумаге строим кривую намагничивания и отмечаем на ней точку номинального режима (рис.5).

Определяем  коэффициент насыщения магнитной  цепи тягового двигателя для номинального режима по формуле  

                

    ,                                             (12.2)

 

где – суммарная м.д.с. при номинальном режиме;

       – м.д.с. воздушного зазора.

 

.

 

Отрезки и показываем на графике рисунке 5.

 

12.2 Электромеханические характеристики  тягового двигателя

 

Расчет зависимостей n(I) и v(I) выполняем в табличной форме (см. таблицу 12.2) в следующей последовательности.

1. Для расчета задаемся несколькими  значениями токов в пределах (0,4...1,1)I_н с примерно одинаковым шагом

2.   Определяем э.д.с. Е по формуле

 

,                                   (12.4)

 

где

– суммарное сопротивление меди при температуре +115°С.

 

,                                 (12.5)

 

где –  суммарное сопротивление меди при температуре 20°С;

 – температурный коэффициент,  для меди  .