по выполнению курсовой работы "Проектирование электрической передачи локомотива"

Студент: Тихомиров Ю.О. Группа: Л-0902 Вариант: №20

ДАНО:

Расчетная сила тяги F_кр определяется по условию реализации коэффициента тяги ц_крна расчетном подъеме:

H (2.1)

где -сцепной вес тепловоза, (число движущих осей) кН

Коэффициент тяги на расчетном подъеме:

Для грузовых тепловозов

Для пассажирских тепловозов

Для маневровых тепловозов

Скорость на расчетном подъеме:

, м/с (2.2)

Мощность дизеля, передаваемая тяговому генератору на номинальном режиме

, кВт (2.3)

Мощность, затрачиваемая на привод вспомогательных механизмов и машин

(2.4)

К. п. д. передачи постоянного тока:

(2.5)

К. п. д. передачи переменно-постоянного тока:

(2.6)

где - к. п. д. тягового генератора;

- к. п. д. тягового электродвигателя;

- к. п. д. зубчатой передачи от тягового электродвигателя к движущей оси;

- к. п. д. выпрямительной установки

Расчёт:

3. Выбор типа электрической передачи

Рассматриваются три типа электрической передачи:

передача постоянного тока;

передача переменно-постоянного тока;

передача переменно-постоянно-переменного тока (передача переменного тока.

Передача постоянного тока применяется на большинстве эксплуатируемых тепловозов с электрической передачей.

В качестве тяговых генераторов применяются генераторы постоянного тока с независимым возбуждением.

Электромеханические характеристики тяговых электродвигателей постоянного тока с последовательным возбуждением позволяют достаточно просто сформировать требуемую тяговую характеристику тепловоза.

Передача постоянного тока используется на маневровых и магистральных тепловозах мощностью до 2000 кВт.

Использование передачи постоянного тока на тепловозах большой мощности не целесообразно, так как ухудшаются условия коммутации электрических машин, что ведет к снижению надежности передачи и увеличению расходов на ремонт. Поэтому на тепловозах мощностью свыше 2000 кВт используются передачи переменно - постоянного тока (включают в себя синхронный генератор, выпрямительную установку и тяговые электродвигатели постоянного тока) и переменно - постоянно - переменного тока (состоит из синхронного генератора, пускорегулирующей аппаратуры и асинхронных тяговых двигателей).

Исходя из того, что тепловоз, для которого проектируется электрическая передача, обладает мощностью N= 2000 кВт, используем передачу переменно - постоянного тока.

Рисунок 1. Упрощенная схема тяговой передачи переменно-постоянного тока:

ВВ - контактор возбуждения возбудителя; В - возбудитель; СТГ - стартер-генератор; КВ - контактор возбудителя; ТГ - тяговый генератор; БУВ - блок управления возбуждением; ТЭД - тяговые электродвигатели; ВУ - выпрямительная установка; 10-ICI, 10-1С2, 10-1СЗ - три фазы 1-й звезды; 20-2С1, 20-2С2, 20-2СЗ - три фазы 2-й звезды

Величина тока возбуждения ТГ, а следовательно, и напряжение, приложенное к ТЭД, регулируется блоком управления возбуждением (БУВ) посредством изменения моментов открытия тиристоров управляемого выпрямителя.

4. Определение мощностей, основных размеров тяговых электрических машин

Рисунок 2 Параллельная схема соединения тяговых электродвигателей и тягового генератора

При установившемся режиме работы дизеля от тягового генератора тяговым электродвигателям передается постоянная электрическая мощность при переменных значениях тока 1_Г и напряжения U_r генератора, причем

где, - предельные значения тока и напряжения в пределах области P_r=const.

кВт (6.1)

Коэффициент регулирования напряжения тягового генератора:

(6.2)

Принимаю значение коэффициента регулирования напряжения тягового генератора К_г = 1,6. Определим номинальное напряжение генератора:

=750/1,6=468 (6.3)

Номинальный ток генератора:

А (6.4)

Максимальный ток генератора:

А (6.5)

Минимальное напряжение генератора:

=, В (6.4) =

Минимальный ток генератора:

=, А (6.5) =, А

Расчётная мощность генератора постоянного тока:

(6.6)

Где = 1,03-1,10

1,06*1650=1749 кВт

Для расчёта машинной постоянной принимаются значения электромагнитных параметров:

Вб=0,65-0,69 Тл

А= (500-550) * А/м

Наружный диаметр станины по опыту построенных конструкций:

(6.7)

Общая длина станины:

(6.8)

Машинной постоянная:

Полученные значения токов сведём в таблицу 1

Таблица 1

Для формирования требуемой характеристики системы регулирования ТГ необходимо поменять ток I_г в обмотке независимого возбуждения в соответствии с регулировочной характеристикой.

Расчет регулировочной характеристики выполняется для режимов постоянной номинальной мощности Р_гн при номинальной частоте вращения вала дизель-генератора, ограниченные напряжение и тока генератора при переменной частоте вращения.

Расчет

Выбираем значение тока Iг =3000А (по таб1)

По характеристике определяем Uг=700В

ЭДС для генератора постоянного тока:

(7.1)

Где

- сопротивление обмотки якоря и дополнительных полюсов для расчётной температуры нагрева обмоток.

Мощность генератора постоянного тока:

, Вт (7.2)

700*3000=2100000 Размещено на http://www.allbest.ru/

Вт =2100 кВт

Размещено на http://www.allbest.ru/

Основные размеры ТЭД определяются по расчетному значению машинной постоянной С_А и приведенному моменту М_пр

(8.1)

Коэффициент полюсного перекрытия

Приведенный момент:

(8.2)

Номинальная частота вращения якоря ТЭД:

(8.3)

где диаметр колеса, м;

- расчетная скорость тепловоза, м/с;

- передаточноеотношение тягового редуктора

Расчет:

обор/сек

Рисунок 6 Схема опорно-рамной подвески тягового электродвигателя: 24 - пальцы колесных центров.18 - тяговые редукторы; 22 - приводные фланцы.15 - ступица большой шестерни; 16 - поводок фланца полого вала; 17 - большая шестерня; 19 - подшипники; 20 - полая опора; 21 - полый карданный вал; 23 - пальцы вала; 25 - поводки.

Подбираем граничные значения основных размеров двигателя:

Принимаем:

Dя=0.498 м - диаметр якоря двигателя;

lя=0.43м - длина длина сердечника якоря;

Д=130ч145мм - расстояние от кожуха зубчатой передачи до головки рельса;

а=130ч150мм - расстояние от корпуса двигателя до головки рельса.

Значение централи определяется по формуле:

(8.4)

где - модуль зубчатого зацепления;

- число зубьев большого колеса тягового редуктора;

- число зубьев малого колеса (шестрени).

Модуль выбирается в зависимости от номинального момента на валу ТЭД.

Номинальный вращающий момент определяется по расчетной силе тяги и предварительно принятому передаточному отношению

(8.5)

Определяем диаметр делительной окружности малого колеса

(8.6)

Величина проверяется по формуле:

(8.7)

(8.8)

где =5ч7мм - толщина кожуха редуктора

с=22ч25 мм - расстояние от кожуха редуктора до делительной окружности большого колеса

Рассчитываем количество зубьев большого колеса, по известному передаточному отношению:

(8.9)

Диаметр якоря проверяем по максимальной окружной скорости якоря:

(8.10)

Уточненное значение номинальной частоты вращения якоря ТЭД:

(8.11)

Максимальная частота вращения якоря ТЭД:

(8.12)

Максимальный размер станины:

Н_ст=D_к-2е-2а (8.13)

Расчетный размер

В=Dя+2hm+2 д +2hc (8.14)

где hm=0.750м - высота сердечника якоря;

hc=0.057 мм - высота станины;

д - воздушный зазор между сердечником полюса и поверхностью якоря.

Длина станины ориентировочно вычисляется по длине и диаметру якоря:

, м (8.15)

Высота станины определяется по расчетной площади поперечного сечения:

(8.16)

где -основной магнитный поток; =1.55ч1.75 Тс - индукция в станине; Основной магнитный поток:

Вб (8.17)

Где а - число пар параллельных ветвей (а=2);

число проводников обмотки якоря 54*4*2=432);

число полюсов ();

ЭДС двигателя (0.93*0.93*475=441.7 В);

Высота станины:

(8.18)

Диаметр коллектора определяется из формулы:

(8.19)

Расчёт:

Н_ст=0.105-0.3-0.260=0.768 м

В=0.498+0.15+0.05 +0.014=0.712 м

В Н_ст условие выполнено

0.43+0.4*0.498= 0.629 м

0.0156/0.629 = 0.025 м

м

По полученным данным выбираю двигатель-прототип ЭД-118А.

Таблица 2

Техническая характеристика ТЭД постоянного тока ЭД-118А

1) Выбираем значение (Е/n) =0.32

2) Задаемся величиной полной м. д. с. F_n

3) Определяем размагничивающую долю реакции якоря

(9.1)

4) Рассчитываем м. д. с. якоря

(9.2)

5) Находим коэффициент размагничивания

(9.3)

Расчёт индукции в зубцовом слое якоря проводится по данным электродвигателя-прототипа.

Зубцовое деление на 1/3 высоты зубца якоря

(9.4)

где - высота зубца ), м;

z-количество пазов.

Толщина зубца на 1/3 высоты зубца

(9.5)

где - ширина паза (), м;

Индукция в зубце:

(9.6)

где К_с = 0,95 - коэффициент заполнения сердечника якоря сталью.

Индукция в зазоре определяется:

(9.7)

=0.374

где - коэффициент полюсного перекрытия;

где полюсное деление:

(9.8)

По характеру намагничивания стали якоря определяется напряженность магнитного поля в зубцовой зоне.

Нз_1/3=f (В^'з_1/3)

Расчет частоты вращения якоря:

(11.1)

Ток задается в пределах диапазона

Напряжение определяется по мощности генератора Рг и соответственно двигателя Рд=Рг/m, которая принимается постоянной.

Вращающий момент на валу ТЭД:

М=См*Ф*Iд (11.2)

М= 69*0.045*366.6 =1138

Электромеханическая магнитная постоянная

(11.3),

Таблица 3

Рисунок 9 Скоростные характеристики проектируемого двигателя при различных степенях ослабления тока возбуждения n=f (

Рисунок 10 Моментные характеристики проектируемого двигателя при различных степенях ослабления тока возбуждения М=f ()

Скорость локомотива рассчитывается по скоростным характеристикам n=f (Iд) тягового электродвигателя при расчетных значениях ослабления тока возбуждения при изменении тока двигателя в пределах с выбранным шагом

(12.1)

Касательная сила тяги локомотива рассчитывается по характеристикам момента М=f (Iд) тягового электродвигателя

(12.2)

Ток генератора определяется по формуле

Iг=m₂*Iд (12.3)

где m₂ - количество параллельных ветвей в тяговой силовой цепи

Напряжение генератора

(12.4)

Расчет:

Рассчитываем к. п. д. для электрической передачи переменно-постоянного тока

(13.1)

К. п. д. ТЭД определяется на основе расчета потерь на перемагничивание стали якоря, электрических потерь в обмотках, механических потерь в коллекторно-щеточном узле, подшипниках и. т.д.

Расчет потерь на перемагничивание стали производится по значениям магнитного потока и частоты перемагничивания для разных режимов работы электродвигателя.

Магнитный поток Ф определяется:

(13.2)

где - величина, определяемая по нагрузочным характеристикам электродвигателя

- электромагнитная постоянная

Удельные потери на перемагничивание в сердечнике якоря:

(13.3)

где =0.01* (1/25а) ²

Площадь поперечного сечения ярма якоря:

(13.4)

где - высота ярма якоря. Частота перемагничивания:

f=p*n (13.5)

Рисунок 14. Схема магнитной цепи машины постоянного тока:

Входе расчета курсового проектирования освоил методику расчета и выбора основных параметров, характеристик, принципиальных схем электрической передачи по расчетным характеристикам и справочных данных серийных тяговых электрических машин.

При выполнении проекта решил следующие задачи:

Расчет параметров и выбор электрической передачи;

Расчет параметров и выбор тяговых электрических машин;

Расчет регулировочной характеристики и выбор принципиальной схемы возбуждения тягового генератора;

Расчет коэффициента полезного действия электрической передачи.

В ходе расчета установил, что для тепловоза 2ТЭ10в подходит электрическая передача переменно-постоянного тока.

Достоинством электрической передачи переменно - постоянного тока: снятие ограничения по мощности тягового генератора и более высокое КПД, в отличие от передачи постоянного тока

Данным типом передачи оборудованы большинство серий современных магистральных тепловозов мощностью 1500 - 4500 кВт.

Список используемой литературы

1. Голубятников С.М. и др. Тепловозы СССР. Отраслевой каталог. - М.: НИИИнформтяжмаш, 1983.

2. Жилин Г.А. и др Пассажирский тепловоз ТЭП 70. - М.: Транспорт, 1976

3. Иванов В.Н. и др. Конструкция и динамика тепловозов. - М.: Транспорт, 1974.

4. Луков Н.М., Стрекопытов В.В., Рудая К.И. Передача мощности тепловозов. - М.: Транспорт, 1987. - 279с

5. Панов Н.И. и др. Тепловозы. - М.: Машиностроение, 1976.

6. Пойда А.А. и др. Тепловозы. - М.: Транспорт, 1986.

7. Проектирование электрических машин. И.П. Копылов, Ф.А. Горяинов, Б.К. Клоков и др. - М.: Энергия, 1980. - 495с

8. Фуфрянский Н.А. и др. Развитие локомотивной тяги. - М.: Транспорт, 1982.

9. Электрооборудование тепловозов: Справочник. В.Б. Верхогляд, Б.И. Вилькевич, и др. - М.:, Транспорт, 1981. - 287с.

Размещено на Allbest.ru