Тяговые электрические машины

tминистерство транспорта российской федерации

Федеральное агенство жд транспорта

Федеральное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

СамГУПС

 

Кафедра: «Электрический железнодорожный транспорт»

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

 

по дисциплине: "Электрооборудование электроподвижного состава"

 

на тему: "Тяговые  электрические машины"

 

 

 

 

Вариант 05

 

 

 

Выполнил:

Бадямшин Р.Р Гр. 492.

 

Проверил профессор:

Гордеев И.П.

 

 

Самара 2012

 

 

 

Содержание

1. Исходные данные                    3
2. Предварительное определение диаметра якоря                4
3. Определение параметров зубчатой передачи                4
4. Расчет обмотки якоря                    5
5. Определение размеров проводника якорной обмотки, размеров пазов и зубов            7
6. Определение магнитного потока машины и длинны шихтованного пакета якоря        10
7. Выбор оптимальой геометрии зубцового слоя               11
8. Определение намагничивающей силы главных полюсов и числа их витков           12
9. Расчет магнитной характеристики машины                14
10. Определение размеров коллектора и щеток                16
11. Расчет коммутации                   18
12. Определение максимально допустимой степени ослабления поля            20
13. Расчет и построение скоростных характеристик тягового двигателя

       n=¦(Iя)  и V=¦(Iя)                          20

14. Расчет КПД двигателя                   23
15. Расчет и построение характеристик вращающего момента на валу ТЭД

      и тягового  усилия на ободе колеса                 26

16. Определение технико-экономических показателей двигателя             27

Заключение                                                                                                                                  28                               

Список использованных источников                                                                                        29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Исходные данные

Величина напряжения на зажимах коллектора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  Uk=1500  В

Мощность двигателя  при часовом режиме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..Рч=625 кВт

Диаметр бандажей колесных пар. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  Дб=1.25 м.

Скорость электровоза  в часовом режиме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  Vч=52 км/ч

Максимальная скорость  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vmax=95 км/ч

Тип тока электровоза . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Постояный

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                      

 

 

2. Предварительное определение диаметра якоря

Диаметр якоря тяговой  машины определяется исходя из условия  размещения необходимого количества пазов  с проводниками якорной обмотки и получения зубцов такого поперечного сечения, при котором не было бы их чрезмерного нагрева при вращении в магнитном поле.

, мм.         (2.3)

где  kв=125¸135 для изоляции класса F.

        Vяч – часовая окружная скорость, определяется из выражения

км/ч      (2.4)

где Vч=52 и Vmax=95  км/ч. (см. исходные данные)

      Vяmax=60¸65 км/ч.

 мм.

 

3. Определение параметров зубчатой передачи

Параметрами передачи являются передаточное отношение m, модуль зацепления m, число зубьев большой и малой шестерни zd и zm, централь Ц.

          (3.1)

где об/мин.  - скорость вращения колесной пары при часовом режиме; об/мин.    (3.2)

Модуль зацепления m выбирается по кривой (рис. 1. /1/) в зависимости от значения вращающего момента Мч/k;

  кгм      (3.3)

так как Мч>400 то принимаем k=2 (для двухсторонней передачи) тогда

 кгм.

Выбираем модуль зацепления m=11;

 

Практикой установлено, что для электровозных двигателей при опорно-осевом подвешивании отношение

 откуда      (3.4)

также известно, что     (3.5)

где b=18¸20° - угол между направлением зуба и образующей делительной поверхности зубчатого колеса.

Из 3.1. следует, что  ;

Выполним проверку на прочность зуба и тела малой шестерни. Условия прочности будут соблюдаться  если:

         (3.6)

где dм min – диаметр делительной окружности определяется по графику (рис 2. /1/)

Выбираем dм min =150, тогда:

Большое зубчатое колесо должно вписываться в габариит подвижного состава. Максимальное возможное число зубьев большого зубчаого колеса при косозубой передаче определяется по формуле:

      (3.7)

где     h – расстояние от нижней точки кожуха зубчатой передачи до головки рельса h³130 мм;

         Sk – толщина кожуха Sk=5 мм;

         hx- высота головки зуба, обычно равна m=11;

         D - зазор между кожухом и головками зубьев D³5 мм;

По полученным Zб и Zм,  для дальнейшего расчета, уточним следующие величины:

                       (3.10.)

                            

4. Расчет обмотки якоря

Тип обмотки якоря  выбирают в зависимости от часового тока двигателя Iч который равен:

, А      (4.1.)

где h=0.93 - КПД на валу , определяется по кривой (рис. 3./1/)

Так как   Iч>350 A. то выбираем число параллельных ветвей 2а=2р и используем простую петлевую обмотку.

Число секций S определяется по числу коллекторных пластин К, которое рассчитывается по формуле

       (4.2.)

где DUкср – допустимое среднее межлабельное напряжение DUкср =19¸20 В.

       выбираем 2р=4 по  условиям изготовления коллектора.

Число коллекторных пластин  К проверяется по величине коллекторного  деления:

 мм.      (4.3.)

где Дк – диаметр коллектора принимаемый ориентировочно Дк =(0.8¸0.9)Дя

Число активных проводников  якоря равно    (4.4.)

Линеиная нарузка часового режима вычисляется по формуле:

, А.         (4.5.)

где iяч – ток в проводниках обмотки якоря

     Дя – диаметр якоря  в сантиметрах.

 А. тогда:                   (4.6.)

, А.    

Для обеспечения достаточной  надежности работы машины необходимо  провести проверку величины А по кривой (рис. 4. /1/)

 Выбор числа пазов для машины производиться по кривой (рис.5. /1/)

Выберем Z=54 кратное 2. Для укорочения лобовых частей и устранения пульсационных э.д.с.

Необходимо иметь обмотку с  укороченным шагом, т.е. Z/p =54/2=27 четное число.

Число проводников в пазу определяется из выражения

 четное число      (4.7.)

Для дальнейшего расчета  уточним следующие значения:

Для проверки правильности выбора величин определим объем  тока в пазу он должен быть не более 1200¸1500:

 

Шаг обмотки по реальным пазам должен быть целым числом:

        (4.8.)

где Eп – пазовое укорочение обмотки, для петлевой обмотки Eп=0.5

В одном реальном пазу содержится Uk элементарных пазов, причем так как секции одинаковые то:

       (4.9.)

Первый частичный шаг  по элементарным пазам (рис. 4.3.) для  нормальной обмотки  равен:

(4.10)

Рис. 4.3. Петлевая обмотка

 

Шаг уравнительных соединений по коллектору вычисляется по формуле

                (4.10)

 

5. Определение размеров проводника якорной обмотки, размеров пазов и зубов

Площадь поперечного  сечения проводника определяетися  из условия нагревания.

В практике пользуются понятием фактор нагрева (Ач×jя) значение которого не должно превышать 2200¸2800 при напряжении относительно земли 1500 В.

По фактору нагрева  определяют допустимую плотность тока в проводнике

 А/мм².      (5.1.)

и сечение проводника

 мм².       (5.2.)

Сечение проводника уравнительного соединения принимают  мм².

Размещаем проводники в  соответствии с рис. 5.1.

ШИРИНА	ММ
Ширина меди (в)	7.5	11.2	7.1
Место занимаемое изоляцией  по ширине паза	0.2	0.2	0.2
Изоляция пакета	0.8	0.8	0.8
Изоляция покровная	0.2	0.2	0.2
Предохранительная пазовая  изоляция	0.3	0.3	0.3
Зазор на укладку	0.25	0.25	0.25
Ширина паза в свету	9.25	12.95	8.375
Ширина паза в штампе	9.45	13.15	8.575
ВЫСОТА	ММ
Высота меди (а)	28	18	30
Место, занимаемое изоляцией  по высоте паза	4	4	4
Изоляция пакета	1.6	1.6	1.6
Изоляция покровная	0.2	0.2	0.2
Предохранительная пазовая  изоляция	0.15	0.15	0.15
Прокладки (2 под клин, 1 под дно паза)	0.9	0.9	0.9
Зазор на укладку	0.15	0.15	0.15
Клин	4	4	4
Высота паза в свету	39	29	41
Высота паза в штампе	33.1	29.1	41.1

 

Ориетировочно правильность выбора проводника проверяют отношением глубины паза к его ширине:

Подходит первый и  третий  проводник из таблицы 5.1, второй  не проходят по условию.

 

 

 

Рис. 5.1.Размещение проводников в пазу якоря

 

Возьмем 2 варианта размеров проводника и приводем расчет для  каждождого из них. Результаты занесем в таблицу 6.1.

Пример расчета для 1 и 3 варианта.

Ширина зубца якоря  у основания

Ширина зубца якоря  на высоте 1/3 от его основания

 мм.

С учетом допусков штамповки  получим 

мм

где - ширина зубца в расчетном сечении

 

 

 

 

 

 

6. Определение магнитного потока машины и длинны шихтованного пакета якоря

Магнитный поток машины определяется из условия, что бы в обмотке якоря, параметры которой были рассмотрены ранее, при часовой скорости вращения nч наводилась Э.Д.С. Е, величина которой для мощных машин принимается равной 0.95Uк

Так как :        (6.1.)

Из 6.1. определим необходимое значение потока одного полюса

 Мкс  (6.2.)

Длинна шихтованного пакетя якоря определяется из выражения 6.3.

 см       (6.3.)

где  =21500 Гс – индукция в сечении зубца на 1/3 высоты.

      – расчетный коэффициент полюсного перекрытия, формула;

      0.94 – коэффициент,  учитывающий изоляцию листов  пакета якоря;

      t - полюсное деление на поверхности якоря, формула 6.4.;

 см.       (6.4.)

Коэффициент полюсного  перекрытия  aр=0.65 выбираем из рис. 9. /1/

Тогда полюсная дуга см.

Зубцовое деление по поверхности якоря определиться из выражения 6.5.

см        (6.5.)

Действительная полюсная дуга:

 см.      (6.6.)

где mб – коэффициент, зависящий от типа зазора, при равномерном зазоре mб=2;

       б=0.5 – величина зазора над полюсом;

 см.

 

Таблица 6.1

Расчетные данные

N	Размеры проводника см	Площадь провод- Ника См	бn´hz		t, см	вд, см	t1, см	aр	lя, см
1	2,8´7,5	20,45	9,25´39	22,37	43.98	27.58	3.25	0.65	31,496
2	3´7,1	20,75	8,375´41	23,2					30,359