Расчет параметров тягового электродвигателя
Выбор расчетных сил тяги и скорости тепловоза. Определение основных расчетных параметров электрических машин. Выбор типа обмотки. Расчет коллекторно-щеточного узла. Внешняя характеристика генератора. Характеристика намагничивания.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 21.03.2007 |
| Размер файла | 240,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
(115)
где bZ 1/3 - ширина зубца на высоте 1/3 от его основания, которая определяется
по формуле:
(116)
Подставляя численные значения, получаем:
Подставляя численные значения в (115), получаем:
Так как = 2 Тл > 1,8 Тл, то считается, что магнитный поток проходит как по зубцам, так и частично по пазам. Полученная в этом случае индукция является кажущейся, а действительное ее значение определяется с учетом ответвления магнитного потока в паз. Величина этого ответвления зависит от насыщения зубцового слоя и от соотношения размеров по ширине зубца и паза, что определяется коэффициентом формы зубца якоря:
(117)
Подставляя численные значения, получаем:
Тогда действительная индукция в зубце будет:
(118)
где 0 - магнитная постоянная, 0 = 1,25 Гн/см.
определяют по полученному ранее значению индукции по кривой намагничивания для выбранной марки электротехнической стали, которая представлена в табличной форме в приложении 4, , = 400 А/см.
Тогда
Находим магнитное напряжение в зубце
(119)
Подставляя численные значения, получаем:
Площадь сечения зубцового слоя
(120)
Подставляя численные значения, получаем:
Сердечник якоря. Для принятого ранее значения индукции в сердечнике якоря Ва по кривым намагничивания, приведенным в приложении 4, , находим напряжённость магнитного поля На.
Магнитное напряжение в сердечнике якоря
Fa = HaLa, (121)
где La - длина средней силовой линии в сердечнике якоря, определяется по
формуле:
(122)
Подставляя численные значения, получаем:
По приложению 4, , для стали 1312 находим На = 14 А/см. Тогда
Fa = 1419,6 = 274,4 А.
Сердечник главного полюса обычно изготавливают наборным из штампованных листов малоуглеродистой стали Ст2.
Для принятого ранее значения индукции в сердечнике полюса по кривым намагничивания (приложение 4 ) находим напряженность магнитного поля Нт = 70,5 А/см.
Магнитное напряжение в сердечнике полюса определяется по формуле:
Fт = Нтhт, (123)
где hт - предварительно принятая ранее высота полюса, 8,8 см.
Тогда подставляя численные значения, получаем:
Fт = 70,58,8 = 620,4 А.
Станина двигателя обычно выполняют литым из стали 25 Л.
Для принятого ранее значения индукции в станине Вст по кривым намагничивания (приложение 4 ) находим напряженность магнитного поля Нст = 39 А/см.
Магнитное напряжение в сердечнике полюса определим по следующей формуле:
Fст = НстLст, (124)
где Lст - длина средней силовой магнитной линии в станине, определяется
по формуле:
Lст = 0,65…0,75. (125)
Подставляя численные значения, получаем:
Lст = 0,744 = 30,8 см.
Тогда подставляя численные значения в (124), получаем:
Fст = 3930,8 = 1201,2 А.
Общая МДС магнитной цепи определяется по формуле:
Fо.дл. = F + Fz + Fa + Fт + Fст. (126)
Подставляя численные значения, получаем:
Fо.дл. = 1216+274,4+620,4+1201,2+7258 = 10600 А.
В правильно рассчитанном двигателе коэффициент насыщения в продолжительном режиме должен быть:
кн = Fо.дл. /F = 1,5…2,0. (127)
Подставляя численные значения, получаем:
кн = 10600/7258 = 1,5.
Расчет размагничивающего действия реакции якоря производим по методу А.Б.Иоффе.
Для компенсации размагничивающего действия реакции якоря соответствующая МДС определяется по формуле:
=крFря, (128)
где кр - коэффициент размагничивания, кр = 0,15;
Fря - реакция якоря, определяется по следующей формуле:
(129)
Подставляя численные значения, получаем:
Тогда подставляя численные данные в (128), получаем:
Результаты расчета магнитной цепи для продолжительного режима целесообразно свести в таблицу 2.
Таблица 2 - Расчет магнитной цепи для продолжительного режима
|
Участок магнитной цепи |
Длина участка, см |
Площадь сечения, м2 |
Индукция, Тл |
Напря-женность, А/см |
МДС участка, А |
|
|
Воздушный зазор |
0,84 |
0,12 |
0,99 |
8641 |
7258 |
|
|
Зубцовая зона |
30,04 |
0,06 |
1,96 |
400 |
1216 |
|
|
Сердечник якоря |
19,6 |
0,197 |
1,5 |
14 |
274,4 |
|
|
Сердечник полюса |
8,8 |
0,078 |
1,7 |
70,5 |
620,4 |
|
|
Станина |
30,8 |
4,26 |
1,55 |
39 |
1201,2 |
|
|
МДС при холостом ходе |
10600 |
|||||
|
Размагничивающая сила реакции якоря |
1284 |
|||||
|
МДС при нагрузке |
11884 |
2.6 Расчет главных полюсов, коммутации и добавочных полюсов
Требуемое число витков катушки главных полюсов определим по формуле:
Wв = Fвдл. /Iвдл. (130)
Подставляя численные значения, получаем:
Wв = 11884/550 = 22.
Поперечное сечение меди катушки определим по следующей формуле:
Sв = Iв.дл./jв, (131)
где jв - плотность тока в проводниках обмотки, принимаем 6 А/мм2.
Тогда подставляя численные значения, получаем:
Sв = 550/6 = 92 мм2.
Средняя величина реактивной ЭДС за цикл коммутации в продолжительном режиме определяется по формуле:
er.ср. = 2WcA?aа.дл.п10-6. (132)
Подставляя численные значения, получаем:
er.ср. = 2138944182,6810-6 = 1,65 В < 6 В.
Длину сердечника добавочного полюса принимаем равной длине сердечника якоря, ?а = ?т.д. = 44 см.
Коммутирующая ЭДС как ЭДС вращения определяется по формуле:
ек = 2WcВк?aа.дл.10-2, (133)
где Вк - индукция в зоне коммутации.
Исходя из условия, что ек = еr.ср., определяем Вк:
(134)
Подставляя численные значения, получаем:
Магнитный поток в зоне коммутации определим по формуле:
Фк = Вк?аbд10-4, (135)
где bд - расчетная дуга наконечника добавочного полюса, определяется
по формуле:
bд = bд + 2…3д, (136)
bд - ширина наконечника добавочного полюса, принимаем
bд = 1,1…1,5t1 = 1,32,8 = 3,64 см.
д - воздушный зазор под добавочным полюсом со стороны якоря,
д = о +1…3 мм = 7 + 2 = 9 мм.
Подставляя численные значения в (136), получаем:
bд = 3,64 + 2,59 = 5,89 см.
Тогда магнитный поток в зоне коммутации будет:
Фк = 0,104445,8910-4 = 0,0027 Вб.
Магнитный поток в сердечнике полюса определим по формуле:
Фтд = Фк + Фд, (137)
где Фд - магнитный поток рассеяния добавочного полюса.
Коммутирующий магнитный поток Фк значительно меньше магнитного потока в сердечнике полюса
Фтд = дФк, (138)
где д - коэффициент рассеяния добавочного полюса, принимаем д = 3.
Подставляя численные значения, получаем:
Фтд = 30,027 = 0,081 Вб.
Тогда из выражения (137) выразим магнитный поток рассеяния добавочного полюса Фд:
Фд = Фтд - Фк = 0,081 - 0,027 = 0,054 Вб.
Индукцию в сердечнике полюса при номинальном токе продолжительного режима принимаем Втд = 0,6 Тл.
Ширина сердечника добавочного полюса будет:
(139)
Подставляя численные значения, получаем:
Для снижения вероятности возникновения кругового огня на коллекторе при резких бросках тока у добавочных полюсов предусматривают второй воздушный зазор со стороны, выполненный с помощью немагнитных прокладок. Величина этого зазора принимаем д' = 0,3…0,5д = 0,49 = 3,6 мм.
МДС на один полюс определим по следующей формуле:
(140)
Тогда подставляя численные значения, получаем:
Число витков катушки добавочного полюса определим по формуле:
(141)
Подставляя численные значения, получаем:
Степень компенсации поля реакции якоря будет:
(142)
Подставляя численные значения, получаем:
Площадь сечения проводника катушки добавочного полюса определим по следующей формуле:
(143)
где jд - допустимая плотность тока, принимаем jд = 5 А/мм2.
Подставляя численные значения, получаем:
2.7 Определение коэффициента полезного действия при
длительном режиме
Коэффициент полезного действия тягового двигателя в длительном режиме определяется по следующей формуле:
(144)
где Рд - сумма потерь в двигателе.
Потери в меди обмоток якоря, главных и добавочных полюсов определяют при температуре обмоток tг=115С по следующей формуле:
(145)
где rat, rгпt, rдпt - соответственно сопротивления обмоток якоря, главных и
добавочных полюсов при tг=115С, которые рассчитываются
по следующей формуле:
(146)
где rit - сопротивление i-той обмотки при температуре tг=115С;
rix - сопротивление i-той обмотки при температуре tг= 20С, берем по
двигателю-аналогу rаt = 0,013 Ом, rгпt = 0,0105 Ом, rдпt = 0,00821 Ом;
о - температурный коэффициент меди при 0С, принимаем о = 1/235.
Подставляя численные значения, получаем:
Тогда подставляя численные данные в (145), получаем:
Магнитные потери при холостом ходе (потери в стали).
Основные потери в стали, состоят из потерь на гистерезис и вихревые токи, которые определяются по следующей формуле:
(147)
где кх - коэффициент потерь в стали, зависящий от ее марки, принимаем 2,3;
pZ, pa - соответственно удельные потери в зубцах и сердечнике якоря,
определяются по следующим формулам:
(148)
(149)
Подставляя численные значения, получаем:
mZ, mа - соответственно масса стали зубцов и сердечника якоря, определяются
по следующим формулам:
(150)
(151)
где с - плотность стали, принимаем = 7,85 г/см3;
bZ Ѕ - ширина зубца на высоте Ѕ от основания, определяется по формуле:
Подставляя численные значения, получаем:
Тогда подставляя численные значения в (150) и (151), получаем:
Таким образом, магнитные потери в стали будут:
Добавочные потери при нагрузке включают в себя: потери в меди и потери в стали, вызванные искажением магнитного поля реакцией якоря.
Добавочные потери при нагрузке определим по следующей формуле:
Рдоб = кдобРст, (152)
где кдоб - коэффициент добавочных потерь, принимаем по таблице 3.1 в
зависимости от тока двигателя по отношению к номинальному
значению. Так как Iд /Iд.дл = 1, то кдоб = 0,3.
Подставляя численные значения, получаем:
Рдоб = 0,3641 = 192,3 Вт.
Потери в переходных контактах щеток определим по следующей формуле:
Рщ = UIд,
где Uщ - падение напряжения в переходных контактах щеток, принимаем в
зависимости от марки щеток. Для щетки ЭГ74АФ: Uщ = 2,3 В.
Подставляя численные значения, получаем:
Рщ = 2,3550 = 1265 Вт.
Механические потери:
1)потери в подшипниках и на трение якоря о воздух определяется по следующей формуле:
(153)
Подставляя численные значения, получаем:
2)потери на трение щеток с коллектором определяется по формуле:
Рк = 100SщFщfтрк2рщ, (154)
где Sщ - общая площадь прилегания щеток к коллектору;
Fщ - удельное давление на щетки, принимаем Fщ = 0,035 МПа;
fтр - коэффициент трения щеток по коллектору, принимаем fтр = 0,15;
к - окружная скорость коллектора.
Подставляя численные значения, получаем:
Рк = 10018,30,0351060,15534 = 2037 Вт.
Сумма потерь в двигателе будет:
Рд = Рм + Рст + Рдоб + Рщ + Ртр + Рк. (155)
Подставляя численные значения, получаем:
Рд = 12917+641+192,3+1265+0,63+2037 = 17053 Вт.
Тогда коэффициент полезного действия тягового двигателя будет:
3 РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ,
СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА И ТЕПЛОВОЗА
3.1 Внешняя характеристика генератора
Внешняя характеристика генератора Uг = f(Iг) имеет вид гиперболы и строиться по трем точкам с координатами:
Iг.min, Uг.max; Iг.дл, Uг.дл; Iг.max, Uг.min.
Справа и сверху она ограничивается отрезками, соответствующими ограничениями по максимальному току и напряжению генератора.
3.2 Характеристика намагничивания ТЭД
Выполнение расчета магнитной цепи позволило определить значение МДС, необходимой для создания магнитного потока продолжительного режима.
Задаваясь и другими значениями магнитного потока (0,4Фд.дл; 0,6Фд.дл; 0,8Фд.дл; 1,15Фд.дл), определим МДС главных полюсов Fоi , необходимые для проведения указанных потоков по магнитной цепи двигателя.
Расчет сводим в таблицу 3
Таблица 3 - Расчет характеристики намагничивания
|
Участок магнитной цепи |
Размер участка |
Фд = 0,4Фддл,Вб |
Фд = 0,6Фддл,Вб |
Фд = 0,8Фддл,Вб |
Фд = 1,15Фддл,Вб |
||||||||||
|
поперечное сечение, см2 |
длина, см |
В,Тл |
Н,А/см |
F,А |
В,Тл |
Н,А/см |
F,А |
В,Тл |
Н,А/см |
F,А |
В,Тл |
Н,А/см |
F,А |
||
Воздушныйзазор |
0,12 |
0,84 |
0,396 |
3456 |
2903 |
0,594 |
5064 |
4355 |
0,792 |
6751 |
5806 |
1,14 |
9706 |
8347 |
|
Зубцоваязона |
0,06 |
3,004 |
0,784 |
50 |
150 |
1,176 |
110 |
330 |
1,57 |
280 |
841 |
2,25 |
570 |
1712 |
|
|
Сердечник якоря |
0,197 |
19,6 |
0,6 |
3,9 |
76 |
0,9 |
9,8 |
114 |
1,2 |
7,7 |
151 |
1,725 |
58 |
1137 |
|
|
Сердечник полюса |
0,078 |
8,8 |
0,68 |
3,4 |
30 |
1,02 |
5,95 |
52 |
1,36 |
13 |
114 |
1,96 |
245 |
2156 |
|
|
Станина |
4,26 |
30,8 |
0,62 |
2,2 |
68 |
0,93 |
4,5 |
139 |
1,24 |
11,8 |
163 |
1,78 |
110 |
3388 |
|
|
Суммарная намагничивающая сила F0i |
3227 |
4990 |
7275 |
16740 |
Рисунок 3 - Внешняя характеристика генератора
Рисунок 4 - Характеристика намагничивания тягового электродвигателя
3.3 Электромеханические характеристики ТЭД
Построение электромеханических характеристик производится с использованием универсальной характеристикой намагничивания.
Построим в абсолютных единицах по нескольким точкам скоростную и моментную характеристики, как для полного поля, так и для ослабленного поля:
Вначале при постоянном напряжении на зажимах ТЭД, а затем - при напряжении, изменяющемся в соответствии с внешней характеристикой генератора.
Расчет производим по методике, указанной в и данные расчета сведем в таблицу 4.
3.4 Разгонные характеристики ТЭД
Для построения разгонных характеристик рассчитаем скорости переходов с ПП на ОП1, с ОП1 на ОП2. А также значение токов и напряжений при переходе.
Скорость на ободе колеса определяется по формуле:
(156)
Подставляя численные значения, получаем:
Скорость перехода ПП на ОП1 определяется по эмпирической формуле:
1 = 0,71длКг1,5. (157)
Подставляя численные значения, получаем:
1 = 0,71301,41,5 = 35 км/ч.
Скорость перехода ОП1 на ОП2 определяется также по эмпирической формуле:
(158)
Подставляя численные значения, получаем:
Значения токов и напряжений при полном и ослабленном полем определим по следующим эмпирическим формулам:
- полное поле
и (159)
- ослабленное поле 1
и (160)
- ослабленное поле 2
(161)
где - текущая скорость, при расчете разгонных характеристик она задается
в интервале от 0 до к
3.5 Тяговая характеристика тепловоза
Тяговую характеристику тепловоза строим по данным таблицы 4. Для выбранных режимов ТЭД (ПП, ОП1, ОП2) берем из таблицы соответствующие определенным токам значения силы тяги, умножаем на число ТЭД, и скорости и отлаживаем их в координатах , Fк.
В результате для каждого из режимов работы получаем свою кривую Fк = ().
Тяговая характеристика ограничивается справа максимальной скоростью, а сверху - силой тяги по сцеплению. Кривая силы тяги по сцеплению строится в соответствии с формулой:
(162)
где
(163)
Задаваясь различными значениями , находим по формуле (163) - к и затем по формуле (162) - Fк.сц.
На тяговой характеристики наносим ограничения силы тяги по длительному току и максимальному току.
Построим также характеристику мощности тепловоза для каждого из режимов работы по формуле:
(164)
4 РАСЧЕТ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЯГОВЫХ
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ И СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА
Технико-экономические показатели позволяют делать укрепленную оценку расхода активных материалов на электрическую машину данного типа.
Масса тягового электродвигателя и синхронного генератора определяется по следующей формуле:
(165)
где Кm - коэффициент пропорциональности, принимаем для ТЭД Кm = 10,
для СГ Кm = 7.
Подставляя численные данные, получаем
Удельная масса проектируемых машин определяется по следующим формулам:
(166)
(167)
Подставляя численные значения, получаем:
Подобные документы
Выбор электродвигателя и преобразователя. Определение расчетных параметров силовой цепи. Расчет и построение регулировочных характеристик преобразователя. Статические характеристики разомкнутой системы. Определение параметров обратной связи по скорости.
курсовая работа [286,4 K], добавлен 19.03.2013Разработка конструкции основных частей машины и их взаимосвязи в единой системе тягового двигателя. Расчет зубчатой передачи, основных размеров активного слоя якоря и параметров обмотки. Выбор числа и размера щеток, определение рабочей длины коллектора.
курсовая работа [345,4 K], добавлен 10.12.2009Методика расчета магнитной цепи синхронного генератора, выбор его размеров и конфигурации, построение характеристики намагничивания машины. Определение параметров обмотки, выполнение теплового и вентиляционного расчетов, сборного чертежа генератора.
курсовая работа [541,5 K], добавлен 20.12.2009Определение основных параметров конвейера. Выбор типа настила и определение его ширины. Определение мощности и выбор двигателя. Приближенный тяговый расчет. Определение расчётного натяжения тягового элемента. Выбор тормоза, муфт и натяжного устройства.
курсовая работа [3,5 M], добавлен 20.05.2015Выбор асинхронного электродвигателя; определение угловых скоростей, расчетных мощностей и вращающих моментов на валах привода. Конструирование клиноременной передачи, расчет основных параметров шкивов и шпонок. Подбор подшипников, муфт и редуктора.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 09.04.2011Схема ленточного элеватора, выбор скорости, типа ковша и тягового органа. Расчет тяговых элементов нории. Проектирование привода элеватора. Подбор муфт и расчет останова. Расчет и проектирование натяжного устройства. Эскизы принятых элементов привода.
курсовая работа [924,3 K], добавлен 03.02.2012Выбор грузового крюка, гибкого тягового органа и электродвигателя. Определение параметров барабанов и блоков. Подбор цилиндрического зубчатого редуктора и подшипников качения. Расчет тихоходного вала и статического вращающего момента на тормозном валу.
контрольная работа [257,2 K], добавлен 21.01.2016Рассмотрение конструктивных параметров узла машины. Расчет размерной цепи. Выбор шлицевого соединения, параметров зубчатых венцов, подшипников, втулки, упорных колец, крышек подшипника, звездочки и параметров шпоночного соединения, крепежных элементов.
контрольная работа [39,3 K], добавлен 26.09.2014Характеристика энергоснабжаемого микрорайона. Определение расчетных электрических нагрузок жилых и общественных зданий. Выбор величины питающего напряжения. Расчет наружной осветительной сети. Выбор и расчет оборудования сети 10 кВ.
дипломная работа [631,8 K], добавлен 25.06.2004Общие сведения о планировке холодильных камер. Выбор строительно–изоляционных конструкций. Расчет толщины слоя теплоизоляции. Определение расчетных параметров. Тепловая нагрузка от обменной вентиляции, освещения. Расчет холодопроизводительности машины.
методичка [1,1 M], добавлен 15.01.2013
