авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 13 |

«АГИСТРАЛЫЧЫЕ ЛЕКТРОВОЗЫ листок КОНТРОЛЬНЫЙ СРОКОВ ВОЗВРАТА КНИГА ДОЛЖНА БЫТЬ ВОЗВРАЩЕНА НЕ ПОЗЖЕ УКАЗАННОГО ЗДЕСЬ СРОКА ...»

-- [ Страница 3 ] --

о Для компенсированных S) двигателей э т о условие выдер Рис. 49. Влияние формы зазора под главным ж а т ь сравнительно легко. У не полюсом на распределение межламельных компенсированных двигателей напряжений:

магнитное поле под главными а — при протекании тока в катушках главных полюсов;

б — при протекании тока в катушках полюсами значительно искажа главных полюсов и обмотке якоря;

/ — равно ется реакцией якоря, что вызы мерный зазор;

2 — равномерный зазор со скосом на наконечнике;

3 — неравномерный (расходя вает появление максимальных щийся) зазор межламельных напряжений и их наибольшего градиента у с б е г а ю щ е г о края щетки. В данном случае предотвратить возникновение кругового огня очень трудно.

Для снижения градиента напряжения у с б е г а ю щ е г о края щетки маг нитное перекрытие приходится уменьшать, что, однако, увеличивает ин дукцию в зазоре и повышает межламельные напряжения. С той ж е целью делают с к о с на наконечниках главного полюса и применяют неравномер ные зазоры (рис. 4 9 ). При э т о м для уменьшения градиента у с б е г а ю щ е г о края щетки наиболее эффективным является последнее мероприятие.

При выборе формы зазора следует учитывать, что если зазор под краем полюса равен приблизительно удвоенному зазору под серединой полюса, то расстояние от середины полюса д о места с максимальным зна т т чением межламельного напряжения примерно авно 0,25 —, а не 0,45 — при равномерном зазоре.

Более тяжелые потенциальные условия возникают при переходных процессах, что следует из формулы для определения межламельных •напряжений:

2 pUK I 1, 17рнуяКдя \ 6х * гп УгпКд гп ' иэф где К и — коэффициент, учитывающий снижение напряжения на кол лекторе вследствие падения напряжения на активных и ин дуктивных сопротивлениях о б м о т о к дополнительных, глав ных п о л ю с о в и сглаживающих реакторов;

К а — коэффициент, учитывающий уменьшение коэффициента магнитного перекрытия из-за искажения поля;

уя, Угп — отношение максимальных значений тока к установившимся значениям при переходном процессе соответственно для якоря и главных полюсов;

Ко я Ке гп — степень демпфирования потока вихревыми токами в маг нигопроводе для якоря и главных п о л ю с о в ;

Рря Ргп — н. с. реакции якоря и обмотки возбуждения при наиболее глубоком ослаблении поля и номинальной нагрузке.

Расчет межламельных напряжений при переходных процессах очень затруднен тем, что приведенные коэффициенты зависят от многих факто р о в (скорости протекания переходных процессов, начальной нагрузки, соотношения индуктивностей о б м о т о к, глубины переходного процесса и т. д. ).

Для наиболее характерного переходного процесса — восстановления полного напряжения двигателя после его кратковременного отключения перечисленные коэффициенты имеют следующие примерные значения:

уя = 2-+-3) угп=1-г-1,2;

/Сагп~0,9 для шихтованного Ки~0,9;

Ка~0,75;

ярма и К = 0,1-г-0,3 для массивного ярма. Данные с о о т в е т с т в у ю т работе двигателя при наиболее глубоком ослаблении поля, установившемуся току, близкому к номинальному, и наличию индуктивности в цепи шун тировки обмотки возбуждения.

Снижение вероятности возникновения глубоких переходных процес сов в двигателе достигается повышением надежности э л е к т р о о б о р у д о в а ния электровоза и улучшением защиты. Для снижения вероятности воз никновения круговых огней о с у щ е с т в л я ю т ряд мероприятий. Так, прак тика эксплуатации показывает, что улучшение состояния коллектора и узла токосъема позволяет сократить число случаев возникновений кру говых огней. При использовании индуктивных шунтов в цепи ослабления поля снижается вероятность появления круговых огней примерно в Зраза.

Одновременное применение компенсационной обмотки в двигателе и ин дуктивных шунтов в цепи ослабления поля м о ж е т уменьшить вероятность возникновения круговых огней в 6 раз. Если на щеткодержателях име ются специальные фибровые рамки, надетые на щетки между коллекто р о м и щеткодержателем и скользящие при работе двигателя по коллекто ру, уменьшается вероятность возникновения круговых огней на 7з- При менение шихтового ярма, д а ж е только с частичной шихтовкой, также позволяет резко снизить вероятность возникновения круговых огней.

Круговые огни чаще возникают на двигателях с большим напряжением на коллекторе, с большей его окружной скоростью, а также на двигате лях, изготовленных с малой точностью. Вероятность появления круговых огней уменьшается при тщательном уходе за двигателями в процессе эксплуатации и умелом управлении электровозом.

ГЛАВА IV ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ § 18. ПОРЯДОК ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Для того чтобы выполнить многочисленные требования, предъявля емые к тяговым двигателям, и обеспечить высокий уровень проектирова ния, оно проводится отдельными этапами, основными из которых являются:

а) разработка, согласование и утверждение технического задания;

б ) разработка эскизного проекта;

в) разработка технического проекта;

г) разработка конструкторской документации опытного производ ства;

д ) изготовление, конструкторские (заводские) испытания опытного образца;

е) приемка проекта, корректировка технической документации по результатам приемки проекта двигателя.

Допускается выполнение отдельных этапов проектирования различ ными организациями.

Техническое задание — исходный технический документ для проек тирования тягового двигателя. Оно разрабатывается, как правило, орга низацией, проектирующей двигатель, совместно с заказчиком. При раз работке технического задания учитывают технические требования к элек тровозу, уровень отечественной и зарубежной техники, патентную литературу. Оно не д о л ж н о ограничивать инициативу проектировщика при поиске и выборе оптимальных решений. Техническое задание о б о с новывают пояснительной запиской с кратким анализом технического уровня р а з р а б а т ы в а е м о г о двигателя на основе сравнения с отечествен ными и зарубежными конструкциями, оценкой перспективности и его преимуществ перед существующими конструкциями, а также с предва рительным технико-экономическим обоснованием.

В техническом задании указывают основание к выполнению проекта, начало и срок окончания разработки, исполнителей, цель и назначение разработки двигателя, технические требования, этапы разработки и с р о ки, перечень технической документации, представляемой на согласование и утверждение, предполагаемое предприятие-изготовитель и перечень за интересованных организаций.

Для рассмотрения эскизного проекта организация, разрабатываю щая проект, представляет следующие материалы:

а) техническое задание;

б) пояснительную записку, с о д е р ж а щ у ю краткое описание конструк ции двигателя, обоснование принятого направления разработки, пред варительные данные по технико-экономическому анализу и результаты экспертизы на патентную чистоту, перечень используемых технических материалов и литературы;

в) предварительные расчеты (электромагнитные, механические, теп ловые, вентиляционные, расчет надежности и д р. ) ;

г) чертеж о б щ е г о вида (поперечный и продольный р а з р е з ) ;

д ) расчетную записку;

е) электромеханические характеристики, приведенные к оси электро воза;

ж ) результаты экспериментальных работ, протоколы испытаний ма кетных о б р а з ц о в (если они изготовлялись).

Перед утверждением эскизный проект рассматривается в организа ции, разрабатывающей проект, с участием заказчика и представителя предприятия-изготовителя.

К техническому проекту проектирующая организация прилагает следующие материалы;

а) техническое задание;

б) пояснительную записку с обоснованием принятых в проекте реше ний, технической характеристикой двигателя, его технологической оцен кой и технико-экономическим обоснованием, обоснованием выбора дефи цитных материалов, данными о применяемости унифицированных и нор мализованных узлов и деталей;

в) чертежи о б щ е г о вида и основных узлов (якорь, обмотка якоря, секция якоря, коллектор, щеткодержатель, подшипниковые узлы;

о с т о в в сборе, катушки полюсов, коробка выводов и д р. ) ;

г) расчетную записку;

д) комплект расчетов;

е) электромеханические характеристики, приведенные к оси электро воза;

ж ) проект технических условий на опытный образец двигателя;

з) программу и результаты испытаний макетных о б р а з ц о в ;

и) рекомендации по специальным технологическим процессам, под лежащим разработке;

к) технические требования на новые комплектующие изделия и мате риалы;

л) данные о нормах расхода материалов.

Технический проект рассматривается научно-техническим советом организации, которая утверждает проект.

Конструкторскую документацию для производства опытных двига телей разрабатывают на основе утвержденного технического проекта, а если он не предусмотрен, то на основании технического задания. В с о с т а в технической документации опытного производства входят:

а) конструкторская документация (расчеты, чертежи, ведомости и др.);

б ) технологическая документация на принципиально новые техноло гические процессы;

в) технические условия;

г) инструкции ио эксплуатации.

Р а з р а б о т к у конструкторской документации опытного производства обычно выполняют при участии предприятия-изготовителя, уточняющего такие вопросы, как обеспечение технологичности деталей и узлов для се рийного производства, соответствие конструкторской документации требованиям нормалей и Г О С Т о в, использование существующих деталей и узлов, учет оснащенности оборудованием и т. п.

П о с л е изготовления и проведения конструкторских (заводских) ис пытаний (наладочные испытания, типовые испытания, контрольные ис пытания, специальные испытания) производят приемку двигателя и его технической документации. П о результатам испытаний производят кор ректировку конструкторской документации и принимают решение о б из готовлении партии двигателей для установки на электровозе При разработке конструкции двигателя на этапе эскизного проекта выбирают и о б о с н о в ы в а ю т принципиальные решения по всем основным узлам. Исходя из требований технического задания на проектирование опытных данных, возможностей производства и перспективы развития выбирают: тип передачи и подвешивания двигателя;

конструкцию ярма остова, полюсов и катушек, клеммовой коробки;

основные параметры конструкции (диаметр якоря, число полюсов, длина я к о р я ) : параметры обмотки якоря (число пазов, коллекторных пластин, тип обмотки, распо ложение проводников в пазу, крепление о б м о т к и ) ;

конструкции коллек т о р а, щеткодержателя, щеток, крепления щеткодержателя;

конструкции подшипниковых узлов;

схемы вентиляции двигателя.

Конструкцию двигателя и его отдельных узлов выбирают с учетом особенностей условий работы двигателя на электровозе.

Как правило, в эскизном проекте р а з р а б а т ы в а ю т несколько вариан тов двигателя, а для технического проекта выбирают обычно один — два наилучших варианта.

§ 19. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Исходные данные для проектирования. Для проектирования тягово го двигателя необходимы следующие исходные данные, вытекающие из задания на проектирование электровоза:

1) мощность двигателя в часовом режиме Рч в квт\ 2) напряжение на з а ж и м а х двигателя U в в\ 3) напряжение на изоляции двигателя UU3 в в\ 4) т о к (постоянный, переменный, пильсирующий);

5 ) электрическое соединение двигателей на электровозе;

6) скорость электровоза в часовом режиме v4 в км\ч\ 7) максимальная с к о р о с т ь электровоза и т а х в км\ч\ 8) сила тяги на одну д в и ж у щ у ю колесную пару в часовом режиме Рч в Г;

9) сила тяги при максимальной скорости Fv тах в 10) диаметр колеса электровоза De в мм\ 11) допустимый зазор м е ж д у к о ж у х о м зубчатой передачи и головки рельса в мм;

12) ширина колеи в мм\ 13) нагрузка на д в и ж у щ у ю колесную пару Я в Г;

14) тип передачи (односторонняя, д в у х с т о р о н н я я ) ;

15) тип подвешивания двигателя (опорно-осевое, о п о р н о - р а м н о е ) ;

16) ограничения по весу двигателя.

К р о м е перечисленных данных, могут быть указаны т а к ж е и другие данные, вытекающие из дополнительных требований к конкретному про ектируемому двигателю электровоза. Так, могут задаваться система вен тиляции двигателей, режимы работы электровоза, пределы колебания на пряжения на з а ж и м а х двигателя, система привода (индивидуальный или групповой п р и в о д ), величина пульсации тока, требования в отношении надежности, ремонтоспособности, унификации и т. д.

На различных этапах проектирования исходные данные уточняют по результатам предыдущих этапов. При проектировании двигателя учиты вают в о з м о ж н о с т ь производства его на конкретном заводе-изготовителе при применении известных материалов и технологических процессов, а также о б щ и е требования, указанные в Г О С Т е 2582—66.

Номинальная мощность. Т р е б у е м у ю номинальную расчетную мощ ность (обычно ч а с о в у ю ) определяют по скорости и силе тяги, развива емой одной движущей колесной парой электровоза (при индивидуаль ном приводе):

P FHvH• 3 / лЛ ч 367г] где т]з — к. п. д. тяговой передачи;

т]3 — 0,975.

Все величины в выражении (107) и других с индексами н относятся к номинальному режиму, например часовому. Расчетную силу тяги прини мают в зависимости от заданной нагрузки на д в и ж у щ у ю колесную пару П и величины расчетного коэффициента сцепления г|):

FH=^n Т. (108) Например, при нагрузке П = 23 7, которая принята для грузовых электровозов, эксплуатируемых в С С С Р, расчетную силу тяги принимают не менее 5,5 Т для электровозов переменного тока и около 5 Т для элек тровозов постоянного тока.

Расчетная скорость электровоза в номинальном режиме зависит от назначения электровоза. Так, по рекомендациям утвержденного размер ного ряда и типажа магистральных электровозов, расчетная (часовая) скорость для грузовых электровозов должна быть в пределах 50—60 км/ч, для пассажирских — 80—100 км/ч.

Правильный выбор расчетных значений силы тяги и скорости очень важен. Так, при некотором занижении силы тяги двигатели в процессе эксплуатации будут чаще р а б о т а т ь с перегрузкой. При проектировании двигателя целесообразно расчетную силу тяги принимать с некоторым запасом. Завышение расчетной скорости (при принятой расчетной силе тяги) увеличивает н е о б х о д и м у ю мощность двигателя и другого электро оборудования электровоза, что повышает их вес. Однако при этом сни жается разница м е ж д у расчетной и максимальной скоростями электро воза, что облегчает проектирование двигателя. При выборе исходных данных для проектирования эти обстоятельства должны быть учтены.

Напряжение на з а ж и м а х двигателя. Д л я тяговых двигателей элек тровозов постоянного тока, питающихся от контактной сети с номиналь ным напряжением 3000 в, напряжение на з а ж и м а х двигателя принимают равным 1500 в;

при этом минимальное число последовательно соединен ных двигателей д о л ж н о быть равно двум.

Расчетное номинальное напряжение по изоляции двигателя прини мают равным номинальному напряжению на токоприемнике электровоза, т. е. Uиз = 3000 в.

В отличие от электровозов постоянного тока для тяговых двигателей электровозов переменного тока имеется в о з м о ж н о с т ь принимать напря жения в широких пределах (750—1500 в), что облегчает выбор их опти мальных конструктивных параметров. При этом учитывают возможности унификации, особенности электрооборудования электровоза, требования в отношении снижения весов и т. д. Так, например, при сравнительно низких напряжениях на электровозах большой мощности приходится применять силовые трансформаторы только с регулированием напряже ния на первичной стороне. Повышение напряжения на двигателях по зволяет применять регулирование на первичной и вторичной с т о р о н а х трансформатора.

Величина напряжения влияет на конструктивные параметры и вес двигателя. С повышением напряжения вес двигателя при одинаковой мощности возрастает главным о б р а з о м из-за увеличения толщины кор пусной изоляции, нормируемых изоляционных расстояний, ухудшения заполнения медью паза якоря и о б м о т о ч н о г о пространства в остове. При этом также несколько у х у д ш а ю т с я условия коммутации из-за повышения градиента напряжения по окружности коллектора.

При снижении напряжения возрастает ток, что обусловливает уве личение размеров коллектора в осевом направлении, увеличение коли чества щеток. Кроме того, появляется необходимость увеличения числа полюсов, что усложняет конструкцию двигателя. Таким о б р а з о м, опти мальное напряжение на двигателе зависит от многих факторов. Как пра вило, для тяговых двигателей с индивидуальным приводом наиболее це лесообразно принимать величину напряжения ближе к нижнему пределу, а при групповом приводе — ближе к верхнему. Выполнение эскизных проектов вариантов двигателя, выбранной номинальной мощности, рас считанных на различные напряжения, с разным числом полюсов и раз личными диаметрами якоря позволяет установить, какое напряжение является наиболее приемлемым для конкретного проектируемого электро воза.

Число полюсов. О б ы ч н о при индувидуальном приводе тяговые дви гатели имеют четыре—шесть полюсов, при групповом приводе — шесть — восемь и более. Меньшие значения принимают при больших на пряжениях двигателя, а большие — при меньших напряжениях. При оди наковых напряжении и номинальной мощности двигатель с меньшим чис лом полюсов имеет более простую конструкцию и менее трудоемок. П о э т о м у из производственных соображений целесообразно выбрать в о з м о ж н о меньшее число полюсов. Для мощных двигателей снижение числа полю сов ограничивается н е о б х о д и м о с т ь ю удлинения коллектора из-за увели чения тока на один палец щеткодержателя, реактивной э. д. с. и затруд нениями при размещении компенсационной обмотки. Взаимосвязь числа полюсов, мощности и напряжения м о ж н о установить из следующих с о о б ражений. Для тяговых двигателей применяют обычно простые петлевые одновитковые обмотки якоря, поэтому / = ;

я 2а = 1'я2/?, но где А — линейная нагрузка в а/см;

р^ — коллекторное деление, приведенное к диаметру якоря, в см.

Отсюда Выражение для мощности двигателя м о ж н о представить в виде PH = UIr\n- Ю-3 кет, где т]н — к. п. д. двигателя при номинальном режиме.

Получим 10" 3 кет. (109) Pn=UAp$'j\n.

О т с ю д а число пар п о л ю с о в / 103 \ Рп Рп * где К ' — постоянная.

Линейную нагрузку о б ы ч н о принимают в пределах 350—650 а/см\ коллекторное деление, приведенное к диаметру якоря, составляет 0,6—0,75 см. к. п. д. — о к о л о 0,94, п о э т о м у при А = 400-4-600 а/см 2(4,75-5-8,85)-^-. (110) Таким о б р а з о м, при заданной м о щ н о с т и двигателя меньшее число п о л ю с о в легче о с у щ е с т в и т ь при б о л е е в ы с о к о м напряжении. При получе нии из соотношения (110) нескольких чисел п о л ю с о в более п о д р о б н о ана лизируют меньшие значения.

Д и а м е т р якоря. И з ф о р м у л ы машинной постоянной Арнольда ОЧяп г и о б ъ е м якоря, а следовательно, и р а с х о д материалов равен я п т. е. размеры и вес якоря определяются в р а щ а ю щ и м моментом двигателя.

Д л я получения минимальных р а з м е р о в и веса при заданной мощности н е о б х о д и м о снижать момент двигателя, увеличивая с к о р о с т ь вращения.

Это о б с т о я т е л ь с т в о учитывают при проектировании тяговых двигателей, и с к о р о с т ь вращения в ы б и р а ю т наибольшей возможной, исходя из огра ничений по в ы п о л н я е м о е ™ зубчатой передачи, предельной окружной скорости коллектора и т. д.

В связи с тем, что номинальная и максимальная расчетные скорости электровоза не с о в п а д а ю т и их отношение велико iW =_«max _2д 1)84 (1П) номинальная с к о р о с т ь вращения двигателя не м о ж е т быть значительной.

Размеры якоря при э т о м определятся соотношением D4A=CAkv —. (112) ^шах Максимальная с к о р о с т ь вращения якоря ограничена максимальной окружной с к о р о с т ь ю коллектора, принимаемой о б ы ч н о в пределах 50— 60 м/сек. Д и а м е т р коллектора тяговых двигателей DK о б ы ч н о мало отли чается от диаметра я к о р я :

A c = Y d * = (0,75-4-0,9) ) л, (ИЗ) где yD — коэффициент, равный 0,75—0,9.

Заменяя в уравнении (112) с учетом уравнения (113) ti m a x через мак симальную с к о р о с т ь коллектора v K m a x, имеем kvpH=cxkvpb ' бО^ктах где Cj — постоянная величина.

Из полученного выражения следует, что размеры якоря, размеры и вес двигателя при заданной мощности определяются отношением макси мальной и номинальной скоростей электровоза. Величины, стоящие в скобках, изменяются сравнительно мало, и поэтому коэффициент Сj м о ж но считать постоянной величиной;

по опытным данным С { = (0,14-^0,2) X X 10~3. Для предварительной оценки диаметр якоря м о ж н о поэтому опре делять по формуле (114) D^C^Pn му 1Я где /Л — длина сердечника якоря в м, которая по условиям вписывания двигателя в пространство м е ж д у колесами составляет не более 0,40—0,45 м.

У якоря такого минимального диаметра проверяют потенциальную и тепловую напряженности. К р о м е того, проверяют осуществимость предполагаемой зубчатой передачи (передаточного отношения) в связи с н е о б х о д и м о с т ь ю согласования поперечных размеров двигателя и меж центрового расстояния передачи.

Потенциальную напряженность устанавливают из следующего. Чис ло коллекторных пластин в зависимости от их толщины и потенциальных условий на коллекторе выражается соотношениями:

к_пС±. K=2jU_ (U5) где еср — среднее межламельное напряжение для тяговых двигателей;

принимают е С р ~ 17 в.

Из этих соотношений диаметр якоря / р;

\ 2Ри - — см. (116) я = \ — /)2pU я г леср Ку Коэффициент kv для тяговых двигателей составляет 70—100 в/см.

Меньшие его значения принимают для двигателей с низким напряжением на зажимах. Предварительная оценка якоря выбранного диаметра по коммутационной и тепловой напряженностям производится по величине его линейной нагрузки А где U — ток ветви якорной о б м о т к и ;

N — число проводников якоря.

П о с л е подстановки в э т о выражение соотношений для значений 1Я и N диаметр якоря П где С 2 — постоянный коэффициент;

обычно С 2 = 4 0 - ^ 5 0.

При выбранном диаметре якоря, принятой максимальной окружной скорости коллектора, соотношении диаметров коллектора и якоря и за данном отношении максимальной и номинальной скоростей электровоза номинальная скорость вращения двигателя бО^ктах ^, = -—об/мин.

Пп k v n упО я Затем проверяют при полученной скорости вращения выполнимость передаточного отношения зубчатой передачи, если не предусматриваются промежуточные зубчатые колеса (например, при опорно-осевом подвеши вании). При этом минимально в о з м о ж н о е междентровое расстояние з у б чатой передачи д=— + Ь см, (118) где b — расстояние от центра колесной пары д о поверхности якоря, рав ное обычно 24—25 см.

С другой стороны, межцентровое расстояние передачи _ т/ — + z\ +0,5т см, Ц и / (119) где Z — ч и с л о зубьев зубчатого колеса, принимается максимально возмож ным по условиям с о б л ю дения габаритных огра ничений;

т — модуль зацепления в см\ jli — передаточное отношение.

Передаточное отношение оп ределяется jtZ) 6 n„- \х = Ун При выборе передаточного отношения число зубьев шестерни ограничено условием Рис. 50. Определение размеров якоря:

а — осевые размеры коллектора;

б — осевые z = — 16-7-18. размеры якоря М Для односторонней передачи модуль принимают не менее т ^ 12, а для двухсторонней т ^ 10. Его величина уточняется при расчете переда чи. Диаметр якоря обычно округляют в б о л ь ш у ю сторону д о ближайшего значения нормализованного ряда диаметров: 493, 590, 660, 740, 850, 990 мм. При якорях больших диаметров возникает необходимость выпол нять их сердечники из сегментов, в связи с чем целесообразно рассмотреть вариант двигателя в двухъякорном исполнении для обеспечения в о з м о ж ности изготовления цельных якорных листов.

Размеры коллектора. У тяговых двигателей со сравнительно малым диаметром якоря диаметр коллектора в ы б и р а ю т из условий удобства размещения концов проводников секции в петушки коллектора (рис. 5 0 ).

При обычной глубине паза якоря 4,0—5,5 см диаметр коллектора — 2(4,0-г-5,5) см.

В якорях сравнительно больших диаметров двигателей относительно низкого напряжения диаметр коллектора м о ж е т быть несколько меньше и не ограничивается условиями размещения проводников в петушках.

Для уменьшения диаметра коллектора в этом случае часто применяют приварные петушки. Коллектор выбранного диаметра проверяют на мак симальную окружную скорость, которая при предварительном расчете не должна быть выше 50—55 м/сек.

79' Длина коллектора (рис. 50, а) зависит от длины его рабочей части / р, которая определяется размерами щеток и предварительно находится из выражения ° где Ъщ — ширина щетки, обычно принимаемая в пределах 1,6—2,5 см;

\щ — плотность тока под щеткой в часовом режиме;

принимают / ^ = 1 0 - 7 - 1 5 а/см2;

меньшими значениями обычно задаются при малом отношении номинальной силы тяги FH к нагрузке на колесную пару П;

Alp — припуск рабочей длины для компенсации разбега якоря, нали чия ф а с о к на концах пластин, смещения щеткодержателей и т. д. При двухсторонней передаче и отсутствии перегородок между щетками в щеткодержателе Д/ р равным 1,5 см.

Ширину пылевой канавки / 2 берут равной 0,8—1,0 см, а шириной пе тушка / 3 задаются из условия допустимой плотности тока в его контакте с секцией. Она обычно составляет 1,8—2,0 см, причем меньшие значения соответствуют сравнительно большим отношениям FH/n. Вылет изоля ционного конуса 1\ зависит от выбранного напряжения UU3 и обычно нор мализован. Н и ж е приведены величины размера 1 \ \ Напряжение Цщ в в 500—800 800—1200 1200—2000 2000— Размер в см 2,5 3,2 4,5 6, Длина якоря. Полная длина якоря ограничена осевыми размерами двигателя по условиям его вписывания м е ж д у колесами электровоза (при индивидуальном приводе) или размещения на тележке, чем обусловлены жесткие требования к в ы б о р у длины отдельных элементов якоря- Так, например, при опорно-осевом или опорно-рамном подвешивании двигате ля и индивидуальном приводе полную длину якоря Ь я (рис. 50, б ) берут равной не более 850—900 мм для колеи 1524 мм (расстояние м е ж д у греб, нями колес при этом составляет 1440 мм). Остальное пространство ис пользуют для размещения зубчатой передачи с кожухами, подшипнико вых узлов и внутренних вентиляционных каналов двигателя между под шипниковыми щитами и торцами якоря, а т а к ж е для монтажных зазоров.

При сравнительно малых диаметрах якоря его полную длину принимают ближе к нижнему пределу из-за трудности размещения подшипников.

Длина сердечника якоря 1Я=ЬЯ — (1К + 21Л) см.

Длину л о б о в ы х вылетов катушек якоря 1Л предусматривают в о з м о ж но меньшей по условиям выполнимости обмотки. Предварительно вели чину 1Л определяют следующим о б р а з о м. Скошенные части it D / 5 + / 7 = (0,4-М),45) ?LJL См9 (121) причем большие значения с о о т в е т с т в у ю т большему числу полюсов, а так ж е более широким и менее глубоким пазам якоря. Более точно лобовые вылеты определяют при расчете размеров катушки якоря. Прямолиней ные части вылетов U при выходе катушек из пазов принимают одинако выми с обеих сторон в зависимости от напряжения UU3. Н и ж е приведены размеры /б, которые обычно являются нормализованными.

Напряжение UU3 в в 500—800 800—1200 1200—2000 2000— Размер /6 в мм 15 19 25 При более надежной изоляции величины 1$ могут быть несколько уменьшены.

Длину прямолинейного участка / 4 выбирают из условий выполнимо сти перехода от косой части катушки к петушкам коллектора. При вер тикальном размещении проводников в пазу якоря и пайке концов про водников в петушки коллектора без предварительного уменьшения их толщины участок / 4 имеет длину 10 мм. В случае горизонтального разме щения проводников в пазу и необходимости предварительного измене ния формы концов секций для впайки в петушки (поворот на 90°, сплю щивание) длина участка U должна составлять 30—40 мм. Меньшие раз меры вылетов получаются при меньшем отношении ширины проводника к его высоте. Точнее величину /4 устанавливают при конструктивной раз работке узла. Длина участка k составляет обычно 25—30 мм. Большие значения принимают при сравнительно глубоком пазе якоря.

Окончательно длину сердечника якоря 1Я уточняют подробными рас четами и конструктивной разработкой отдельных узлов двигателя. При выборе длины сердечника якоря учитывают как условия размещения его, так и электромагнитные факторы (величина индукции в зубцах и спинке сердечника якоря, величина реактивной э. д. с. и др.) Число пазов якоря и коллекторных пластин. Число пазов якоря вы бирают путем сравнительных расчетов и оценки как преимуществ, так и недостатков рассматриваемых вариантов. М а л о е число пазов Z позволя ет снизить с у м м а р н у ю толщину изоляции катушек по окружности якоря и при принятой величине индукции в зубцах уменьшить длину сердечни ка якоря /Л. Это особенно эффективно в двигателях с высоким напряже нием, например в двигателях электровозов постоянного тока.

Однако при снижении числа пазов расширяется зона коммутации, ухудшается отдача тепла катушками, повышаются пульсации магнитно го потока под полюсами и др. З у б ц о в о е деление по окружности якоря берут в пределах 20—35 мм. Большие значения tx принимают, как прави ло, для двигателей, рассчитанных на большие напряжения и имеющих меньшее число полюсов. Число пазов на п о л ю с обычно выбирают в пределах 12—16, хотя возможны отклонения в мень шую и большую сторону. Для тяговых двигателей с петлевыми обмотка ми наиболее часто число пазов на полюс Lv равно 12,5;

13,5;

14,5. От чис ла пазов якоря зависит число коллекторных пластин на паз К Этот показатель определяет конструкцию катушек якоря, ф о р м у и расположение проводников в пазу, коэффициент заполнения паза медью, условия коммутации и теплоотдачи катушек. В тяговых двигателях обыч но ип = З-т-7.

Ниже приведены значения ип, рекомендуемые при различных напря жениях двигателей.

Напряжение на двигателе U в в 500—800 800—1200 1200— Число коллекторных пластин на паз « л 3 3;

4 5;

6;

6 Заказ 1278 Выбранное число коллекторных пластин должно удовлетворять следующему.

1. Технологической выполнимости коллектора, т. е.

Р ^ = 0, 5 - 0, 7 5 еж;

рк= 2. Потенциальной напряженности коллектора еср = 1 3 - 1 9 в;

вер = — = 2 5 - 4 0 в/см.

Л рк Обычно меньшие значения вСр принимают для двигателей, рассчи танных на более высокие напряжения, например для двигателей электро возов постоянного тока. Меньшие значения еСр достигаются обычно на низковольтных двигателях. Большие значения допускаются для компен сированных двигателей.

3. Тепловой и коммутационной напряженности якоря, зависящей от линейной нагрузки:

А=( 400—600 а/см.

\пияриц/ Обычно меньшие значения А принимают для высоковольтных двига телей, большие значения — для низковольтных двигателей, а также при кремнеорганической изоляции обмотки якоря и горизонтальном располо жении проводников в пазу.

4. Обеспечивать необходимую величину фактора монолитности кол лектора Фм при выбранных параметрах DK и LK в см максимальной ок ружной скорости Уктах = 50—60 м/сек. При этом фактор монолитности = 18-20, где А — толщина межламельной изоляции;

обычно А = 0,1 -ь 0,12 см.

Фактор Фм характеризует распределение механических напряжений в коллекторе, вызываемых его нагреванием и центробежными силами.

5. Ограничивать удельные потери на коллекторе в допустимых пре делах. При этом коэффициент, который характеризует общее тепловое состояние коллектора, зависящее от потерь на трение и при переходных процессах, 100^8%, где Ь щ — суммарная толщина щеток по окружности коллектора в см.

Коэффициент, характеризующий условие отвода тепла из зоны ще точного контакта, =^rA. Ю0^3%.

Y Установление необходимости компенсационной обмотки. Необходи мость применения компенсационной обмотки устанавливают, рассматри вая различные варианты двигателя.

Вопрос о б установке компенсационной обмотки возникает, как пра вило, при значениях k v 2, а также в том случае, когда требуется при максимальной скорости реализовать мощность более 0,5Р„. Обмотку це лесообразно применять, если е С р 3 5 - 4 0 в/см или еср\7 в, особенно ког да А 1,2 мм, а вес двигателя, приходящийся на единицу мощности, дол жен быть минимальным при использовании массивного магнитного ярма.

Эту обмотку целесообразно устанавливать на двигателях большой мощ ности (более 700 кет) и р а б о т а ю щ и х при глубоком ослаблении поля. При применении на электровозах переменного тока компенсированных двига телей имеется в о з м о ж н о с т ь уменьшить индуктивность сглаживающих реакторов и использовать при ослаблении поля индуктивные шунты с меньшей индуктивностью.

В ы б о р конструкции статора. В последнее время для двигателей боль шой мощности все чаще применяют остовы цилиндрической формы, наиболее технологичные по сравнению с многогранными остовами, широ ко распространенными ранее при индивидуальном тяговом приводе.

В двигателях электровозов постоянного тока обычно предусматривают ярмо массивной конструкции, а в двигателях электровозов пульсирующе го тока часто используют или массивное я р м о с шихтованными вставками, или полностью шихтованное ярмо, о с о б е н н о для двигателей с групповым приводом. Н е о б х о д и м о с т ь применения статора с шихтованными элемен тами устанавливают анализом коммутационной напряженности двига теля при р а б о т е на пульсирующем токе. Ш и х т о в а н н у ю конструкцию при меняют в тех случаях, когда реактивная э. д. с. при часовом режиме пре вышает 3,5—4 в. Коэффициент пульсации тока в часовом режиме свыше 2 5 %, kv-ku 1,25ч-1,5, а точность исполнения узлов, влияющих на комму тацию, не высокая.

Размеры двигателя. При принятых диаметре якоря Э я и полной его длине / я предварительные размеры двигателя определяют из следующих соотношений.

Наружный диаметр остова (122) Dc«D*+l,57y см.

Длина двигателя (по наружным поверхностям подшипниковых щи тов) при двухсторонней передаче и ширине колеи 1524 мм 1 0 3 - И 0 5 см.

В е с д в и г а т е л я. При принятых диаметре якоря й я, длине сер дечника якоря /Л и числе п о л ю с о в 2р предварительный вес двигателя 40 о Я*/Л+0,2г, (123) 1/Р где диаметр йя и длина /Л сердечника якоря дана в м.

Более точно вес и размеры определяют по данным электромагнитного расчета и конструктивной разработки.

§ 20. ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЗУБЦОВОГО СЛОЯ ЯКОРЯ Электромагнитная м о щ н о с т ь электрических машин постоянного тока (124) Рэ = аВ6АОЧяп = aBz АйЧяпу где В ^ и Вг— расчетная индукция в воздушном зазоре и зубцах якоря;

Ъг — расчетная толщина зубца якоря.

При заданной мощности габаритные и весовые показатели определя ются выбором электромагнитных нагрузок з у б ц о в о г о слоя якоря.

Полюсное перекрытие. Расчетный коэффициент полюсного перекры тия а ' р, определяемый отношением расчетной ширины полюсного наконеч 6* ника bp к полюсному делению т (рис. 5 1 ), выбирают максимально воз можным по условиям ширины зоны коммутации:

(125) Ь з к = р, к ( Un — — + Y + 6K), где у — щеточное перекрытие;

е к — коэффициент укорочения обмотки якоря в коллекторных де лениях.

Расчетная ширина полюсного наконечника bp =х (ЬЗК+АЬ), — Ab — запас длины по окружности якоря м е ж д у краями зоны комму где тации и границами наконечников главных полюсов.

Так как действительная ширина п о л ю с н о г о наконечника может быть несколько больше расчетной, а т а к ж е из-за расхождения магнитных си ловых линий у полюсных нако Н нечников в направлении к гра 11' ницам зоны коммутации, обыч но Afe^2,5/i. При небольшом и равномерном воздушном зазо ре под главным полюсом, на пример у компенсированных двигателей, когда расхождение силовых линий у наконечников мало, а расчетная ширина по люсного наконечника может быть более действительной его ширины Ь', т. е.

Рис. 51. Определение расчетной величины полюсной дуги 6 р « 6 Ч 26, то Ab = 2^i4 При расходящемся воздушном зазоре или при скосах на на конечниках, с п о с о б с т в у ю щ и х значительному р а с х о ж д е н и ю силовых ли ний, Д б ^ З / ь Из этих соотношений коэффициент т — {Ьзк — 2,5Q а' = Для простой петлевой обмотки якоря из э т о г о выражения м о ж н о по лучить выражение, с в я з ы в а ю щ е е основные конструктивные параметры и позволяющее оценивать их влияние на величину а ' :

(126) «ri-H + ^-h)] Величина а 'р зависит т а к ж е от насыщения наконечника главного по л ю с а, которое м о ж е т возникать в некомпенсированных и компенсирован ных двигателях. При практических расчетах уменьшение коэффициента а' вследствие насыщения наконечников м о ж н о учитывать коэффициен том /С, зависящим от максимальной индукции Bv в наконечнике max (рис. 52) [25, 59].

Максимальная индукция в наконечнике avx — 2 а,р (127) В ртах = Я, — 2fepYc где коэффициент заполнения наконечника сталью.

Ye Коэффициент полюсного перекрытия с учетом насыщения (128) Обычно а р = 0,60-^0,65;

большие его значения принимают при мень.

шем числе полюсов, а т а к ж е при большем числе пазов и наличии компен сационной обмотки.

Действительная ширина наконечника главных полюсов часто ограни чивается условиями размещения и монтажа катушек дополнительных по люсов и устройств для их крепления.

Индукция в зазоре и линейная нагрузка. У тяговых двигателей ин дукцию в воздушном зазоре принимают предельно возможной, равной 10000—11 000 гс. Это вызы- в* вается необходимостью уменьшения осевой длины якоря (из-за габаритных ог раничений) и широкого ре ш •в? А/* * 10 ? h ц Ж Ъ У\ \ Ч Л л \ \ чЧУ У \ \ \ 4Ц. L/ 60 50 70 90 дя см 15 20 25 З0* б) Bp max 2С Рис. 52. Влияние насыщения Рис. 53. Зависимость электромагнитных нагру наконечников главного полюса зок тяговых двигателей:

на величину магнитного пере- а — от напряжения изоляции и из двигателя;

б крытия: от диаметра якоря;

1 — зона изменения магнитной индукции в воздушном зазоре;

2 — зона изменения 1 — при концентричном воздуш линейной нагрузки;

3 — зона изменения фактора ном зазоре;

2 — при эксцентрич нагрева ном воздушном зазоре гулирования возбуждения двигателя, а также условием обеспечения его высокой устойчивости при работе на ослабленном поле.

Высокая индукция в зазоре обусловливает значительную индукцию в зубцах якоря, а т а к ж е на других участках магнитопровода. Д о п у с т и м ы е значения индукции в зазоре практически не зависят от диаметра якоря.

С увеличением напряжения двигателя допустимые значения индукции в зазоре, как показывает практика, несколько возрастают, что объясняется снижением числа полюсов (меньшей частотой перемагничивания).

На рис. 53, а и б приведена зависимость индукции от напряжения двига теля и диаметра якоря, полученная на основании опытных данных Расчетные значения индукции в зубцах якоря при часовом режиме для тяговых двигателей находятся в пределах 20 000—24 000 гс. Большие значения индукций обычно принимают для четырехполюсных двигателей.

Для снижения размеров и веса двигателя линейную нагрузку, опре деляющую тепловую и коммутационную напряженность, выбирают воз можно большей — обычно в пределах 350—650 а/см. Ее зависимость от напряжения двигателя приведена на рис. 53, а. Снижение линейной на грузки А для высоковольтных двигателей объясняется ухудшением тепло отдачи вследствие увеличения толщины изоляции якорной о б м о т к и.

Б о л ь ш и е значения А принимают т а к ж е при горизонтальном р а с п о л о ж е нии проводников в пазу якоря. Влияние д и а м е т р а якоря на величину ли нейной нагрузки в т я г о в ы х двигателях незначительно, хотя допустимые значения нагрузки при увеличении д и а м е т р а якоря несколько с н и ж а ю т с я.

Н а и б о л е е полно т е п л о в у ю н а п р я ж е н н о с т ь якоря характеризует фак тор его нагрева Л/ Л, т. е. произведение линейной нагрузки на плотность тока. На рис. 53 приведена т а к ж е опытная з а в и с и м о с т ь ф а к т о р а нагрева от напряжения и д и а м е т р а якоря. Окончательно плотность тока в провод никах якоря у с т а н а в л и в а ю т при т е п л о в о м расчете двигателя.

Отношение р а з м е р о в з у б ц а и паза якоря. В ы б о р рационального со отношения р а з м е р о в з у б ц а и паза якоря имеет б о л ь ш о е значение. Глуби ну паза о б ы ч н о п р е д у с м а т р и в а ю т в пределах 4 0 — 5 5 мм, причем большие значения относятся к четырехполюсным двигателям в ы с о к о г о напряжения с малым числом п а з о в на п о л ю с. Г л у б и н у паза ограничивают для пони жения п р о в о д и м о с т и п о т о к о в рассеяния паза, а т а к ж е по технологическим с о о б р а ж е н и я м. Если пазы глубокие, т о затрудняется укладка о б м о т к и на якоре без повреждения изоляции, в связи с чем возникает н е о б х о д и м о с т ь в использовании разрезных секций с пайкой.

О т н о ш е н и е глубины паза к его ширине с о с т а в л я е т 3,5—6. Меньшие значения о т н о с я т с я к двигателям с ненапряженной коммутацией, а боль шие значения — к двигателям б о л ь ш о й реактивной э. д. с. В последнем случае т р е б у е т с я б о л е е т щ а т е л ь н о изготовлять двигатели и б о л е е точно настраивать к о м м у т а ц и ю.

П р и н я т о м у с о о т н о ш е н и ю глубины ширины паза с о о т в е т с т в у е т ра и циональное с о о т н о ш е н и е м е ж д у шириной паза и шириной з у б ц а [59], вы т е к а ю щ е е из уравнения ( 1 2 4 ). П р и ширине Ьп паза, с у м м а р н о й толщине Ьи изоляции по его ширине, в ы с о т е а меди одной с т о р о н ы катушки и плот ности тока /я в катушке линейная нагрузка 200a(bn-bu)..

А= 1я а/см\ ч ф а к т о р нагрева 200a(bn — bu)jl Л/я — U плотность т о к а в о б м о т к е якоря и 2 0 0 a ( b n — bU3) ' И з этих соотношений линейная нагрузка 200а (6П — bu)Ajj, _ А h Индукция в з а з о р е м о ж е т б ы т ь представлена в виде в =в 6 г tх Д л я заданных значений ф а к т о р а нагрева и индукции в з у б ц а х, глу бины паза и в ы с о т ы меди проводника произведение 3 1 / 200д {Ьп — Ьи)А}я t2 — bn в А = ' t{ tx 6 д о л ж н о быть максимальным.

Определив максимум переменной Ь п, получим Ьп = \ • (129) к+ Ьиз В связи с н е о б х о д и м о с т ь ю применения медных проводников стан дартных размеров действительные значения ширины паза несколько от личаются от полученных по соотношению (129).

Толщина изоляции с учетом монтажного зазора зависит от напряже ния на коллекторе и предварительно определяется из выражения bu = 0,4-n + b'u мм, где п — число проводников по ширине паза;

Ь' — суммарная толщина корпусной изоляции по ширине паза.

Н и ж е приведены значения Ь'и в зависимости от напряжения на кол лекторе:

Напряжение на коллекторе в в 500—800 800—1200 1200—2000-2000— b'u в мм 2,0 2,5 3,0 4, Приведенные данные о толщине изоляции относятся к двигателям с опорно-осевым подвешиванием. В двигателях с опорно-рамным подве шиванием вследствие меньшего воздействия динамических усилий имеет ся возможность несколько уменьшить толщину изоляции.

При выборе соотношений размеров паза проверяют т а к ж е величину реактивной э. д. с. ер по ф о р м у л е ^uKwhcUvK ер= 1(Нв| (130) где л — коэффициент проводимости потоков рассеяния паза;

X ~ 3 -г- 4.

Меньшее значение X принимают при небольшой величине отно шения глубины паза к его ширине.

Полученные значения не должны при предварительном расчете пре вышать 3,5—4 в в номинальном режиме.

§ 21. РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ После определения основных размеров якоря и остова, а также вы бора параметров обмотки якоря и скорости его вращения в номинальном режиме производят расчет магнитной цепи двигателя и уточняют по данным этого расчета размеры отдельных участков магнитопровода.

В процессе расчета магнитной цепи методом последовательных прибли жений добиваются наиболее оптимальных соотношений размеров якоря и остова полюсов и полюсных катушек. При э т о м каждый элемент кон струкции разрабатывают так, чтобы наиболее рационально использовать о б м о т о ч н о е пространство и осевые размеры двигателя. К р о м е того, вы черчивают эскиз магнитной цепи в м а с ш т а б е 1 : 1, на который тщательно наносят расчетные размеры с учетом конструктивных и технологических соображений. Обычно наибольшие затруднения возникают при разме щении катушек главных полюсов, что часто заставляет принимать не вполне технологические конструктивные решения. Так, для четырехпо л ю с н ы х двигателей в связи с этим приходится обычно применять о с т о в многогранной формы.

Расчет магнитной цепи обычно производят в следующем порядке.

По номинальному значению основного магнитного потока в зазоре 0,96 60а- 1Q8 /101Ч Фн = (131) 7} мкс pNnH и принимаемым или известным сечениям магнитопровода определяют индукцию на отдельных участках магнитной цепи (воздушный зазор, зубцы якоря, спинка якоря, п о л ю с и я р м о ), а по индукции и размерам участков находят их магнитное напряжение. Поскольку двигатель сим метричен, расчет ведут для одного полюса. Расчетные данные магнитной цепи сводят в таблицу, п о д о б н у ю табл. 8.

Таблица Напряжен Сечение Индукция ность Длина Н. с.

Поток магнит Участок магнитной цепи в см см2 гс МКС на полюс в в В ного поля в а/см Зазор б S* h Вь ф« Зубцы якоря Иг hz Fz Фя В*Чш Fя Спинка якоря sЯ ВЯ la Яя ф« Зубцы компенсационной F обмотки BZKO Нгко hKo ' ZKO Полюс Fen Ben hen Sen Hen С2Ф« Выход из полюса в ярмо Ввых Нвых 1вЫХ F пых $6ЫХ *2Ф н Ярмо F яр Вяр $яр Няр 1яр °2Ф Н Индукцию на участках магнитопровода для тяговых двигателей в расчетном номинальном режиме, а также коэффициент рассеяния при нимают согласно рекомендациям, данным выше. Сечение зазора S6 = aPTU см2.

Средняя индукция в зазоре В =^-гс. (132) Напряженность магнитного поля в зазоре W b (133) где jiio — магнитная проницаемость воздуха;

ц 0 = 0, 4 я ~ 1,25;

К 6 — коэффициент воздушного зазора;

К\ — коэффициент, учитывающий неточность о б р а б о т к и ;

/Ci ~ 1,03.

Коэффициент т—fy. "34) „ к *• ( + +55 где t\ и Ъг — з у б ц о в о е деление и ширина зуба по окружности якоря.

Сечения остальных участков магнитопровода м о ж н о определить из следующих соотношений.

Сечение з у б ц о в якоря S2V3=0,94&2,/3Zpa/* см2;

сечение спинки якоря 5 Л = 0,94[/) Л — (de + 2hn + nKdK- 1,33)]/ л см2, de — диаметр внутреннего отверстия сердечника якоря;

где dK, пк — диаметр и число р я д о в вентиляционных каналов.

Сечение з у б ц о в компенсационной о б м о т к и SZko = ^jbZK0LBnkf см2, где ШЬ2КО — с у м м а р н а я ширина з у б ц о в о д н о г о п о л ю с а в см. При с у ж а ю щ и х с я з у б ц а х для расчета б е р у т ширину bZK0 на р а с с т о янии ! /з, в ы с о т ы з у б а от его коронки;

k' — коэффициент заполнения, равный 0,94—0,96.

Сечение п о л ю с а »Sгп==Ьгп^гп^ & СМ2, где k"— коэффициент, у ч и т ы в а ю щ и й с к о с ы у г л о в п о л ю с а ;

" ^ 0, 9 7.

Сечение ярма Sjip=kfbApLjip см2, где Ьяр — осевая длина ярма;

Ьяр~1я+0,5т см;

Ьяр — толщина ярма в см.

При массивном я р м е k ' = l.

Сечение перехода от п о л ю с а к я р м у (сечение в ы х о д а ) Sew*~0,5(S^ + S3n) см2.

У д е л ь н у ю напряженность магнитного поля стальных у ч а с т к о в нахо дят по кривой намагничивания В ( Я ) для с о о т в е т с т в у ю щ е г о материала или по табличным данным, приведенным ниже. З а д а в а я с ь различными 0, а) 6) Рис. 54. Магнитная цепь главных полюсов и кривая намагничивания:

а — магнитная цепь;

б — кривая намагничивания значениями о с н о в н о г о потока ( о б ы ч н о 0,5;

0,75;

1,0;

1,15;

1,25 от номи н а л ь н о г о ), о п р е д е л я ю т з а в и с и м о с т ь Ф (Fxx) и с т р о я т к р и в у ю намагничи вания двигателя (рис. 54, б ). При определении н. с. главного п о л ю с а не компенсированных двигателей для компенсации р а з м а г н и ч и в а ю щ е г о вли яния реакции якоря к полученному значению н. с. х о л о с т о г о х о д а прибав л я ю т величину, с о с т а в л я ю щ у ю 1 2 — 1 8 % н. с. реакции якоря FVJl, причем б о л ь ш и е значения о т н о с я т с я к ч е т ы р е х п о л ю с н ы м двигателям. Д л я ком пенсированных двигателей к полученному значению н. с. п р и б а в л я ю т ве личину, р а в н у ю 5 % н. с. реакции якоря.

У правильно рассчитанных некомпенсированных двигателей в номи нальном режиме в ы д е р ж и в а ю т с я соотношения Fft + Fz + F* -=1,6-5-2,3;

(135) aFpjl Fxx = 1,64-2,3. (136) Fb При э т о м большие значения относятся к двигателям, рассчитанным на большие напряжения.

§ 22. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ Магнитная характеристика. Р а с ч е т магнитной цепи двигателя позво ляет определить н е о б х о д и м у ю н. с. х о л о с т о г о х о д а, о б е с п е ч и в а ю щ у ю но минальное значение потока Ф н и размеры отдельных участков магнито провода. Д л я построения магнитной характеристики з а д а ю т с я нескольки ми значениями потока и по р а з м е р а м магнитной цепи находят величину индукции, напряженность, н. с. для отдельных участков и всей цепи. Дан ные расчета для к а ж д о г о значения потока с в о д я т в таблицу, п о д о б н у ю а) V Рис. 55. Определение размагничивающего влияния ре акции якоря:


а — характеристики холостого хода и нагрузочная;

б — зави симость коэффициента размагничивания от отношения н. с.

реакции якоря и главных полюсов при различной индукции в зубцах;

1 — В1/^ - 2 — 2,5. 10 гс\ 2 ~ В « 1,8. 104 гс\ 3 — В.. » 1,5- 10* гс;

4 — В « 1,2. 104 гс\ 5 — В. « х.

«*/« *7в гхЫ » 0,8 • Ш4 гс табл. 8. При расчете о б ы ч н о з а д а ю т с я значениями потока, равными 0,5Ф М ;

0,74Ф М ;

Ф « ;

1,125Ф К ;

1,25Ф М. П о д данным таблицы строят характе ристику намагничивания при х о л о с т о м х о д е Ф = Ф(/ 7 ЗСХ ).

Нагрузочные характеристики. При р а б о т е двигателя под нагрузкой размагничивающее влияние реакции якоря снижает магнитный поток.

Степень размагничивания зависит от отношения н. с. возбуждения и реак ции якоря. Н е о б х о д и м а я н. с. главных п о л ю с о в при нагрузке (рис. 55, а), (137) F +F' ря1 ' гп хх где F' — н. е., необходимая для компенсации размагничивающего вли ря яния реакции якоря.

Величину F ' ^ м о ж н о выразить через н. с. реакции якоря:

где Кр — степень размагничивания.

Степень размагничивания Кр определяется многими факторами (на сыщенностью полюсных наконечников и з у б ц о в якоря, точностью настрой ки коммутации и др.) и точно определить ее значение трудно. При прак тических расчетах пользуются кривыми (рис. 55, б ), полученными опыт ным путем [25]. Задаваясь различными токами якоря, находят значение Рр Я и значение Fxx для различных потоков. П о кривым (рис. 55, б ) опре деляют величины Кр и F' и по данным расчета строят нагрузочные ха рактеристики Ф ( ^гп) • Скоростные характеристики. С к о р о с т ь вращения двигателя при по стоянном напряжении Е U — I%r /100Ч СФ=рМ ' П = (138) бо -10" ф Задаваясь различными значениями тока / двигателя, находят паде ние напряжения в его о б м о т к а х и в месте контакта щ е т о к Д и щ :

1 2 г = 1 ( г я + г д п + гко) +/proe+A/Uf (139) где р — коэффициент ослабления поля, для которого строят с к о р о с т н у ю характеристику;

гя, Гдп, f o e — с о о т в е т с т в е н н о сопротивления о б м о т о к якоря, до полнительных полюсов, компенсационной и воз буждения.

Величину потока определяют из нагрузочных характеристик. Дан ные расчета сводят в ф о р м у 2.

ФОРМА /2г в в /рва | Ф в мкс п в об/мин /ва Еве П о данным расчета строят зависимость n = t i ( I ). Этим методом м о ж но выполнять расчет как для полного, так и для ослабленного поля. Так как такой расчет не очень точен и требует много времени, часто ограничи ваются расчетом зависимости п = п ( / ) только для полного поля, а ско ростные характеристики при ослабленном поле получают пересчетом этой зависимости.

При пересчете з а д а ю т с я значением скорости на графике п=п(1) полного поля для различных токов Inn- Для тех ж е скоростей, но при ос лабленном поле ток якоря J Inn П о полученным данным строят с к о р о с т н у ю характеристику при ос лабленном поле. Указанный с п о с о б менее точен и используется при пред варительных расчетах.

Для предварительных расчетов скоростных характеристик при пол ном и ослабленном поле м о ж н о использовать т а к ж е с п о с о б, основанный на применении универсальной магнитной характеристики. При этом для н о м и н а л ь н о г о коэффициента насыщения, полученного при электромаг нитном расчете, v ^хх Лк = -т;

—.

П о универсальной магнитной х а р а к т е р и с т и к е (рис. 56) находят отно шения о т р е з к о в ас_ Fxx = Кп = ab i и у с т а н а в л и в а ю т о т н о с и т е л ь н ы е значения п о т о к а Ф о г м и н. с. F0TH в но минальном р е ж и м е.

ф/Фн 1,0 / V а с.

0, 0, № / / 0, 0,1 0,2 0,3 0, к 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 г ГН Рис. 56. К расчету характеристик п(1) по универсальной ( \ Ф F магнитнои характеристике —— \ ~~F~) П о о т н о с и т е л ь н ы м и номинальным значениям п о т о к а и н. с. главных п о л ю с о в о п р е д е л я ю т м а с ш т а б ы для п о т о к а Фк ГПф = Фотн И н. с.

FH tTlp = З а д а в а я с ь несколькими значениями коэффициента нагрузки д в и г а теля, например Кнагр = 0,5\ 0,75;

1,25;

1,5, и определяя н. с. для этих точек Fхх = KnaapFхэск»

н а х о д я т о т н о с и т е л ь н ы е значения н. е., с о о т в е т с т в у ю щ и е этим т о ч к а м :

р Fxx * XX.ОТН — • mF П о у н и в е р с а л ь н о й х а р а к т е р и с т и к е н а х о д я т относительные значения п о т о к а Фогм и по ним о п р е д е л я ю т д е й с т в и т е л ь н ы е потоки Фхх=тфФ отн• Д а л е е м о ж н о п р о и з в о д и т ь р а с ч е т в о б ы ч н о м порядке.

К. п. д. З а в и с и м о с т ь к. п. д. д в и г а т е л я о т т о к а якоря т)Г](/) с т р о и т с я исходя из в ы р а ж е н и я „.я^-^,00%.

IV М е т о д и к а определения потери АР р а с с м о т р е н а в гл. V.

В р а щ а ю щ и й момент. В р а щ а ю щ и й момент на валу двигателя опреде ляется по следующей формуле, используя данные скоростной характери стики п = п(1) и характеристики к. п. д. для различных коэффициентов ослабления поля:

M 0,974-^L г.м.

= к п П о данным расчета строят характеристику М = М ( / ).

Тяговые характеристики. При заданном диаметре колеса De электро воза и выбранной передаче \i скорость электровоза определяют по фор муле пОбП-бО-10~ V= — км/ч.

П о характеристике п = п(1) рассчитывают зависимость v(I). Исполь зуя характеристику v = v(I) и т] = г ] ( / ), а т а к ж е зависимость к. п. д. пере дачи г|з от нагрузки, строят зависимость тягового усилия от тока двига теля F = F(/), определяя тяговое усилие из выражения 367t//r|ir] • 10~ р = кГ П о данным расчета строят зависимости F = F(I) и F= F(v).

ГЛАВА V НАГРЕВАНИЕ И ОХЛАЖДЕНИЕ ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕИ § 23. ПОТЕРИ В ТЯГОВОМ ДВИГАТЕЛЕ С о в р е м е н н ы е т я г о в ы е двигатели п о с т о я н н о г о и п у л ь с и р у ю щ е г о т о к а, как правило, в ы п о л н я ю т в ы с о к о с к о р о с т н ы м и с о с р а в н и т е л ь н о б о л ь ш и м и э л е к т р о м а г н и т н ы м и н а г р у з к а м и. Э т о приводит, н а р я д у с увеличением о с новных потерь, к п о я в л е н и ю д о б а в о ч н ы х потерь в меди о б м о т о к, в з у б ц а х сердечника, б а н д а ж а х и п о л ю с н ы х наконечниках.

В тяговых двигателях, питаемых пульсирующим током, возникают д о б а в о ч н ы е потери в п р о в о д н и к а х о б м о т о к в связи с повышением д е й с т в у ю щ е г о значения т о к а, о т в и х р е в ы х т о к о в, вызванных пульсацией маг нитных полей, п р о н и з ы в а ю щ и х о б м о т к и. В с т а л ь н ы х э л е м е н т а х магнито п р о в о д а в о з н и к а ю т потери о т г и с т е р е з и с а и в и х р е в ы х т о к о в, а т а к ж е поте ри от вихревых т о к о в, наведенных в отдельных деталях, которые н а х о д я т с я в с ф е р е п у л ь с и р у ю щ и х полей. П р а к т и к о й у с т а н о в л е н о, что сумма добавочных пульсационных потерь в тяговом двигателе составляет 1 — 2 % номинальной м о щ н о с т и.

С у м м а р н ы е потери в т я г о в о м д в и г а т е л е с предельным и с п о л ь з о в а нием активных м а т е р и а л о в д о с т и г а ю т значительных величин и с у щ е с т венно в л и я ю т на его т е п л о в у ю м о щ н о с т ь. В о б щ е м с л у ч а е тепловая м о щ н о с т ь т я г о в о г о двигателя з а в и с и т не т о л ь к о от его потерь, но т а к ж е от х а р а к т е р и с т и к изоляции о б м о т о к и интенсивности вентиляции. При по вышении м о щ н о с т и т я г о в ы х двигателей или при снижении их веса и раз м е р о в н е о б х о д и м о у м е н ь ш а т ь потери в д в и г а т е л я х, например, применяя магнитные м а т е р и а л ы с п о н и ж е н н ы м и у д е л ь н ы м и потерями, у л у ч ш а т ь т е п л о п р о в о д н о с т ь и т е п л о о т д а ч у изоляции о б м о т о к, в ы б и р а т ь н а и б о л е е р а ц и о н а л ь н ы е конструкции.

Д л я определения п е р е г р е в о в активных частей т я г о в о г о двигателя не о б х о д и м о знать потери м о щ н о с т и в э т и х частях. П о т е р и ч а щ е в с е г о опре д е л я ю т для д л и т е л ь н о г о р е ж и м а р а б о т ы двигателя.

П р и т е п л о в о м и вентиляционном р а с ч е т е т я г о в ы х двигателей потери н е о б х о д и м о о п р е д е л я т ь б о л е е т щ а т е л ь н о и детально, чем при п р е д в а р и тельном р а с ч е т е двигателя. В э т о м с л у ч а е в а ж н ы не т о л ь к о о б щ и е потери м о щ н о с т и в д в и г а т е л е JAP, но и потери м о щ н о с т и в о т д е л ь н ы х его час тях. С о с о б о й т щ а т е л ь н о с т ь ю т р е б у е т с я о п р е д е л я т ь д о п о л н и т е л ь н ы е поте ри, к о т о р ы е при п р е д в а р и т е л ь н о м проектировании о ц е н и в а ю т лишь ори ентировочно.

О с н о в н ы е э л е к т р и ч е с к и е потери в о б м о т к а х я к о р я. П о т е р и м о щ н о с т и в о б м о т к е я к о р я АРМЯ о п р е д е л я ю т при т е м п е р а т у р е 110° С :

(140) АРмя=12я.длгя, где /л.5л — ток якоря, соответствующий длительному режиму работы двигателя;

г я — сопротивление обмотки якоря в нагретом состоянии. Для изоляции классов В, F и Н оно д о л ж н о быть отнесено к тем пературе 110° С.

При питании двигателя пульсирующим током потери, определенные для условий питания двигателя постоянным током, должны быть у м н о ж е ны на коэффициент увеличения основных потерь в меди:

kp M = 1 +0,5/Cni, где Kni — коэффициент пульсации тока.

Ниже приведены значения коэффициента увеличения основных по терь в меди k P M при различных коэффициентах пульсации тока Kni'.


Km в %.. 5 10 15 20 25 30 40 50 kpM.... 1,001 1,005 1,015 1,020 1,031 1,045 1,080 1,125 1, Коммутационные потери. Эти потери вызваны вихревыми токами и неравномерностью распределения тока в поперечном сечении проводни ков якоря, расположенных в зоне коммутации.

Для определения коммутационных потерь необходимо знать коэф фициент е, равный отношению длины неактивной части обмотки к длине ее активной части:

uv-_u e= ( 1я где Up — средняя длина проводника в см.

Затем находят приведенную высоту проводника в см:

ЫеЛ* (142) hnp = бп-2500 ' где Ь м — о б щ а я толщина проводников по ширине паза, включая и меж витковую изоляцию, в см\ hnp — высота проводника в см\ если стержень разделен по высоте, то должна браться суммарная высота;

1дл — частота перемагничивания якоря при длительном режиме;

h — проводимость меди обмотки якоря при о ж и д а е м о м перегреве в м/мм2-ом;

Ьп — ширина паза в см.

После этого определяют коэффициент длительности коммутации " (143) V= Kl где у — число перекрытых щеткой коллекторных пластин.

Коэффициент коммутационных потерь •-^Г- ( Им определяется коэффициент ип характеризующий увеличение по терь в активной пазовой части меди проводников:

и п = 1 +0,425m 2 2 i|), (145) где т — число слоев проводников, уложенных по высоте паза.

95 Далее определяют коэффициент Фильда:

КфЯ"Т+Г (146) и к о м м у т а ц и о н н ы е потери (147) ЬРк = АРмя(Кф-1).

Потери в меди я к о р я о т г л а в н о г о п а з о в о г о поля. Эти потери возника ю т в т о м случае, если при вращении я к о р я магнитная индукция в его з у б цах д о с т и г а е т 1600 геи б о л е е и в пазах якоря появляется поперечное поле, о с о б е н н о п о д краем п о л ю с н о г о б а ш м а к а. П р и пересечении этим полем о б м о т к и я к о р я в ее п р о в о д н и к а х, з а н и м а ю щ и х различное п о л о ж е н и е по высоте, э т о й с о с т а в л я ю щ е й поля н а в о д я т с я э. д. с. разной величины, в с л е д с т в и е чего в п а з о в о й части п р о в о д н и к о в п о я в л я ю т с я в и х р е в ы е токи.

П о т е р и о т э т и х т о к о в при н а г р у з к е двигателя в ы ч и с л я ю т по эмпири ческой ф о р м у л е А Р ;

Я = 1, 5 N ^ Р*/хдлЬпр1я. 10-е» (148) оп где Fzdjl — н. с. з у б ц о в о г о слоя на один п о л ю с при длительном р е ж и м е ;

Ьпр — ширина п р о в о д н и к а в см.

Т а к как при х о л о с т о м х о д е поле не и с к а ж а е т с я реакцией я к о р я, т о при определении п о т е р ь для э т о г о р е ж и м а в уравнении (148) к о э ф ф и циент 1,5 м о ж н о опустить.

Таким о б р а з о м, при нагрузке двигателя с у м м а р н ы е потери в меди о б м о т к и якоря (149) 2}ЬРмя=ЬРмя+АР'мя + ЬРк вт.

К о м м у т а ц и о н н ы е потери и потери от г л а в н о г о п а з о в о г о поля в т я г о вых д в и г а т е л я х д о с т и г а ю т значительных величин и с у щ е с т в е н н о влияют как на нагревание о б м о т о к якорей, т а к и на к. п. д. двигателя. И з уравне ний (142) и (148) видно, что н а и б о л е е э ф ф е к т и в н ы м с п о с о б о м снижения потерь является у м е н ь ш е н и е в ы с о т ы п р о в о д н и к о в о б м о т к и якоря. Д л я э т о г о п р и м е н я ю т с т е р ж н и, р а з д е л е н н ы е по в ы с о т е на д в а или три парал лельных п р о в о д н и к а, в ы п о л н я ю т о б м о т к и якоря с г о р и з о н т а л ь н ы м р а с п о л о ж е н и е м п р о в о д н и к о в в п а з а х, а т а к ж е и с п о л ь з у ю т транспозиции (см.

рис. 192).

О б ы ч н о в с о в р е м е н н ы х т я г о в ы х д в и г а т е л я х ( Н Б - 4 1 2 М, Н Б - 4 0 6 и др.) к а ж д ы й с т е р ж е н ь о б м о т к и р а з д е л я ю т на д в а п р о в о д н и к а ;

высота к а ж д о го из них при э т о м не п р е в ы ш а е т 9 мм. П р о в о д н и к и з о л и р у ю т о т д е л ь н о для т о г о, ч т о б ы вихревой т о к з а м ы к а л с я в его пределах. Д о б а в о ч н ы е по тери в о б м о т к е якоря такой конструкции с о с т а в л я ю т примерно 3 5 % от д о б а в о ч н ы х п о т е р ь в о б м о т к е с неразделенными с т е р ж н я м и. При делении с т е р ж н е й по в ы с о т е на три п а р а л л е л ь н ы х п р о в о д н и к а д о б а в о ч н ы е поте ри у м е н ь ш а ю т с я д о 2 0 %. Н о в практике т а к у ю к о н с т р у к ц и ю применяют р е д к о ( т я г о в ы й д в и г а т е л ь ТАО 649) из-за значительного снижения меха нической прочности п р о в о д н и к о в, у с л о ж н е н и я конструкции и технологии изготовления о б м о т к и и повышения ее с т о и м о с т и.

Б о л е е ш и р о к о применяется о б м о т к а якоря с г о р и з о н т а л ь н ы м р а с п о л о ж е н и е м с т е р ж н е й ( т я г о в ы е двигатели Н Б - 4 1 8, НБ-414, Н Б - 4 2 0 и д р. ).

При т а к о й о б м о т к е д о б а в о ч н ы е потери значительно с н и ж а ю т с я. К р о м е т о г о, ее изготовление п р о щ е, чем о б м о т к и с тремя параллельными про водниками в с т е р ж н е.

Т р а н с п о з и ц и ю п р о в о д н и к о в я к о р я п р и м е н я ю т значительно р е ж е (тя говые двигатели ДГ1Э-400 и Н Б - 4 1 1 ). Д л я выполнения транспозиции стержень на длине активной части р а с с е к а ю т на 2 — 3 части. Затем транс позиция м о ж е т быть о с у щ е с т в л е н а или перекрещиванием, или скручива нием стержня. В о б о и х этих случаях получается контур, в к о т о р о м взаим но компенсируются э. д. с. о т п р о н и з ы в а ю щ е г о потока и у с т р а н я ю т с я циркуляционные токи. При э т о м отдельные части стержня д о л ж н ы б ы т ь изолированы одна от другой. Ч т о б ы д о б а в о ч н ы е потери не превышали 15% основных потерь о б м о т к и, в ы с о т а частей стержня hnv в см после его рассечения д о л ж н а б ы т ь определена из выражения 1 _ К Ппр — : ~, 1U где К — коэффициент, который берется в пределах 5,9—6,7, причем его величина в этих пределах тем меньше, чем короче л о б о в ы е час ти о б м о т к и.

Потери в стали ( м а г н и т н ы е п о т е р и ). П о т е р и в стали сердечника яко ря А Р с я о п р е д е л я ю т для длительного р е ж и м а р а б о т ы в зависимости от марки стали из выражения вт, Д Р с я = К о (PzGz+pAGя) (150) где G z, G,% — с о о т в е т с т в е н н о вес стали з у б ц о в и спинки якоря;

Pz, РЯ — с о о т в е т с т в е н н о удельные потери в з у б ц а х и в спинке якоря;

К с — коэффициент потерь в стали.

Удельные потери для з у б ц о в и спинки якоря находят раздельно по формуле При определении потерь p z для з у б ц о в в ф о р м у л у (151) в м е с т о ин дукции В следует подставить индукцию В в з у б ц а х на 7з их в ы с о т ы, а если т р е б у е т с я найти потери ря для спинки якоря, в м е с т о значения В не о б х о д и м о подставлять индукцию Вя в спинке якоря. Н и ж е приведены зна чения коэффициента К с для различных м а р о к стали.

Сталь Э12 Э13 Э21 Э Коэффициент потерь К с •. 2,7 2,55 2,4 2, При б о л е е точном определении потерь в стали сердечника якоря для некомпенсированных двигателей у ч и т ы в а ю т влияние искажения поля ре акцией якоря. Уточненная величина потерь в стали АР'с =СнАРс вт. (152) где Сн — коэффициент, у ч и т ы в а ю щ и й искажение поля.

Коэффициент где Fe и F — н. с. в о з б у ж д е н и я и н. с. реакции якоря при длительном режиме.

П о физической п р и р о д е к потерям в стали относятся и некоторые д о б а в о ч н ы е потери. Так, при детальном определении д о б а в о ч н ы х потерь возникает н е о б х о д и м о с т ь расчета потерь в п о л ю с н ы х б а ш м а к а х АР П0 а, 7 Заказ 1278 в ы з ы в а е м ы х з у б ц о в ы м и пульсациями магнитного потока. Д л я некомпен сированных двигателей потери V» Г Г 2р«т/Л „/ Zn АС АРПов=А ) •I — J •l W o - er. (153) w В выражении (153) все р а з м е р ы даны в с а н т и м е т р а х. В с е перемен ные величины в в ы р а ж е н и и (153) отнесены к д л и т е л ь н о м у р е ж и м у. Н и ж е приведены значения к о э ф ф и ц и е н т а К, з а в и с я щ е г о от т о л щ и н ы листов сердечника.

Толщина листов сердечника в мм 0,5 1,0 1,5 2, Коэффициент К 1,5 2,8 4,0 5, П о т е р и АРпов в к о м п е н с и р о в а н н ы х д в и г а т е л я х находят из выражения ~ V~T0000' L 1000 J 10 000 er 08 (1,b где zK0 — число з у б ц о в к о м п е н с а ц и о н н о й о б м о т к и.

При этом коэффициент воздушного зазора К 6 должен учитывать з у б ц о в о е с т р о е н и е не т о л ь к о якоря, но и п о л ю с а.

К д о п о л н и т е л ь н ы м п о т е р я м о т н о с я т и потери в металлических п р о в о л о ч н ы х б а н д а ж а х, к о т о р ы е по п р и р о д е т а к ж е близки к потерям в стали.

Потери в бандажах ^W^oNt^)410"'^ (155) где Шб — число б а н д а ж е й ;

de — д и а м е т р б а н д а ж н о й п р о в о л о к и в см\ 1б — ширина б а н д а ж а в о д н о й канавке в см.

Для того чтобы предотвратить распаивание бандажей, спаянных о л о в о м, при н о м и н а л ь н о м р е ж и м е р а б о т ы в д в и г а т е л я х с н е з а в и с и м о й вентиляцией о т н о ш е н и е п о т е р ь в б а н д а ж а х к их п о в е р х н о с т и д о л ж н о б ы т ь не б о л е е 0,5 вт/см2.

Н е с м о т р я на то, что для р а с ч е т а д о п о л н и т е л ь н ы х пульсационных потерь в стали двигателей п у л ь с и р у ю щ е г о т о к а р а з р а б о т а н о н е с к о л ь к о м е т о д и к, р е з у л ь т а т ы р а с ч е т о в по ним н е д о с т а т о ч н ы. П о э т о м у о б ы ч н о при проектировании эти потери не р а с с ч и т ы в а ю т.

Потери в п о л ю с н ы х к а т у ш к а х. О п р е д е л е н и е потерь в о б м о т к а х по л ю с о в и к о м п е н с а ц и о н н ы х о б м о т к а х аналогично с определением потерь в якоре. В н е к о т о р ы х с л у ч а я х к а т у ш к и главных п о л ю с о в и м е ю т перемен ное сечение меди в с л е д с т в и е ф р е з е р о в а н и я с к о с о в. В э т о м случае потери в к а т у ш к а х главных п о л ю с о в о п р е д е л я ю т по ф о р м у л е АРмгп = 1 2 $пГгпЛ ск, ( 156) где рп — коэффициент, учитывающий постоянную шунтировку о б м о т ки главных п о л ю с о в ;

kCK — к о э ф ф и ц и е н т, у ч и т ы в а ю щ и й увеличение сопротивления ка т у ш е к главных п о л ю с о в в с л е д с т в и е уменьшения сечения вит к о в о б м о т к и при ф р е з е р о в а н и и с к о с о в ;

г гп — с о п р о т и в л е н и е о б м о т к и в о з б у ж д е н и я при т е м п е р а т у р е 110° С.

Коэффициент Мгп — ИУск. WCKqzn и Иск = 1, (157) ИУгп WenqCK где и wCK — полное число в и т к о в катушки и число витков катушки wzn со скосом;

Ягп и qcк — поперечное сечение нескошенных витков и среднее сече ние с к о ш е н н ы х витков.

С о п р о т и в л е н и е р а с с ч и т а н о при п р е д п о л о ж е н и и, что все витки к а т у ш ки и м е ю т поперечное сечение q2n Д л я т я г о в ы х двигателей п у л ь с и р у ю щ е г о т о к а о с н о в н ы е потери в ме ди к а т у ш е к д о п о л н и т е л ь н ы х п о л ю с о в и компенсационной о б м о т к и д о л ж н ы б ы т ь у м н о ж е н ы на к о э ф ф и ц и е н т ы увеличения потерь, приведенные выше.

В о б м о т к е главных п о л ю с о в увеличение п о т е р ь практически незначитель но, т а к как о б м о т к а з а ш у н т и р о в а н а активным ш у н т о м и пульсация т о к а в ней мала.

Потери на к о л л е к т о р е. П е р е х о д н ы е ( э л е к т р и ч е с к и е ) потери на кол лекторе АРкэ=Аищ1^21 вт. (158) М е х а н и ч е с к и е потери на к о л л е к т о р е о т трения щ е т о к АРцтр = 9,81 Зщ1)кР1трщ вт, где — с у м м а р н а я п л о щ а д ь всех щ е т о к двигателя в см2\ vK — о к р у ж н а я с к о р о с т ь к о л л е к т о р а в м/сек;

р — д а в л е н и е в кГ/см?\ !тр Щ — к о э ф ф и ц и е н т трения щ е т о к.

М е х а н и ч е с к и е потери в п о д ш и п н и к а х. М е х а н и ч е с к и е потери в под шипниках о п р е д е л я ю т из в ы р а ж е н и я APMex^2IU - 10~3 вТ.

Р а з д е л ь н о е определение д о б а в о ч н ы х п о т е р ь А Ра не всегда н е о б х о д и мо. Ч а щ е к о м м у т а ц и о н н ы е потери, потери от г л а в н о г о п а з о в о г о поля, потери в магнитных п р о в о л о ч н ы х б а н д а ж а х, п о в е р х н о с т н ы е потери в по л ю с н ы х б а ш м а к а х у ч и т ы в а ю т на о с н о в а н и и о п ы т н ы х д а н н ы х в процен тах от потерь х о л о с т о г о х о д а в активной стали двигателя:

АРд = КдАРс, где Ко — коэффициент дополнительных потерь.

К о э ф ф и ц и е н т д о п о л н и т е л ь н ы х п о т е р ь Ко для различных н а г р у з о к с о г л а с н о р е к о м е н д а ц и я м с т а н д а р т а на т я г о в ы е двигатели п р и н и м а ю т по приведенным ниже д а н н ы м.

Ток нагрузки в процентах от но минального тока 20 60 80 100 130 160 Коэффициент дополнительных по терь К д в % 22 23 26 30 38 48 § 24. ВЕНТИЛЯЦИЯ ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ От интенсивности вентиляции зависит т е п л о р а с с е я н и е с нагретых поверхностей т я г о в о г о двигателя и его у с т а н о в и в ш а я с я т е м п е р а т у р а при одних и тех ж е п о т е р я х м о щ н о с т и, причем т е м п е р а т у р а тем ниже, чем ин тенсивнее вентиляция.

Современные т я г о в ы е двигатели магистральных э л е к т р о в о з о в и м е ю т н е з а в и с и м у ю с и с т е м у вентиляции. Э т о н а и б о л е е с о в е р ш е н н а я с и с т е м а, так как она о б е с п е ч и в а е т п о д а ч у в двигатель п о с т о я н н о г о количества о х л а ж д а ю щ е г о в о з д у х а, н е з а в и с и м о от с к о р о с т и движения э л е к т р о в о з а.

При независимой вентиляции сравнительно легко о с у щ е с т в л я т ь р е г у л и р о вание количества в о з д у х а, п р о д у в а е м о г о через двигатель. Э т о м о ж е т д о стигаться изменением производительности вентилятора, зависящей 7* от его напора и аэродинамического сопротивления вентиляционной сис темы двигателя.

Оптимальное количество воздуха, необходимого для охлаждения тя гового двигателя, определяют с учетом того, что при более интенсивной вентиляции повышается длительный ток двигателя. Однако если расход воздуха превысит 2 м3/мин на 1 кет потерь, перегрев снижается у ж е не значительно вследствие того, что наступает так называемое насыщение двигателя воздухом.

Насыщение двигателя воздухом объясняется тем, что при очень боль ших скоростях воздух недостаточно о б д у в а е т нагретые поверхности и не успевает эффективно отводить тепло. Наилучшая теплоотдача имеет мес то при завихрениях, о б р а з у ю щ и х с я у о б д у в а е м ы х поверхностей, приобре тающих устойчивый характер при определенных скоростях воздуха. По э т о м у при дальнейшем увеличении объема и скорости воздуха это состоя ние нарушается, и теплоотдача повышается незначительно. Например, в тяговом двигателе НБ-412М при увеличении объема о х л а ж д а ю щ е г о воз духа на 2 5 % по сравнению с номинальным снижается перегрев о б м о т о к якоря и главных полюсов на 5° С, а обмотки дополнительных полюсов — только на 2° С. Уменьшение о б ъ е м а о х л а ж д а ю щ е г о воздуха на 2 5 % от номинального приводит к повышению перегрева обмотки якоря на 11° С, а полюсных о б м о т о к — на 9° С. Таким о б р а з о м, повышение объема возду ха, продуваемого через двигатель, выше известного предела незначитель но увеличивает длительную мощность двигателя, но при этом значительно повышается р а с х о д энергии на вентиляцию.

Из табл. 3 видно, что количество воздуха, продуваемого через элек тродвигатели, составляет 2,3—3 мг/мин на 1 кет потерь в длительном ре ж и м е и 2,1—2,7 м3/мин при часовом режиме.

М о щ н о с т ь, потребляемая вентилятором, растет пропорционально р а с х о д у воздуха в третьей степени, который надо выбирать в зависимо сти от потерь мощности в двигателе.

Р а с х о д воздуха Q в м3/мину необходимый для охлаждения тягового двигателя, Q= т2АРдлКо t (159) С Ат где 2АРдл — полные потери в длительном режиме в вт\ Ко — коэффициент неравномерности обдувания, равный для двигателей с независимой вентиляцией 1,3;

С — т е п л о е м к о с т ь воздуха, равная 1,2 кет/(ж3-град);

Дт — п е р е г р е в вентилирующего воздуха, среднее значение кото рого для двигателей с продувкой принимают равным 22,5° С.

На практике уравнением (159) пользуются сравнительно редко.

При проектировании тяговых двигателей, как правило, стремятся исполь зовать для их охлаждения с у щ е с т в у ю щ и е конструкции вентиляторов Удельный р а с х о д воздуха в современных тяговых двигателях должен быть в пределах 2—2,5 м3/мин на 1 кет потерь мощности.

Движение о х л а ж д а ю щ е г о воздуха в тяговых двигателях, как прави ло, осуществляется двумя параллельными потоками. Один из них посту пает в коллекторную камеру, проходит через вентиляционные каналы якоря и выходит из двигателя через отверстия в подшипниковом щите.

Второй воздушный поток, омывая р а б о ч у ю поверхность коллектора и на р у ж н у ю поверхность якоря, проходит через воздушный зазор и межка тушечное пространство и выходит из двигателя через отверстия в тор цовой стенке остова или через отверстия в подшипниковом щите со сторо ны, противоположной коллектору. В правильно спроектированном тяго вом двигателе первый поток внутри якоря должен составлять не менее 25—35% о б щ е г о количества о х л а ж д а ю щ е г о воздуха. Так, например, по опытным данным в тяговом двигателе НБ-412М через каналы якоря про ходит 2 6 % о х л а ж д а ю щ е г о воздуха, через воздушный зазор — 3 3 % и че рез межкатушечное пространство — 41 %.

Для определения давления ( н а п о р а ), под действием которого воздух проходит через двигатель, н е о б х о д и м о найти сечения отдельных участков Рис. 57. Принципиальная схема воздухопроводов тягового двигателя воздухопровода. Их соотношения позволяют определить аэродинамиче ское сопротивление двигателя или аэродинамическую постоянную его воздухопроводов, з а в и с я щ у ю пре-,, имущественно от соотношения их сечений.

Принципиальная схема возду хопроводов тягового двигателя представлена на рис. 57. При па раллельной вентиляции воздух сначала движется одним потоком;

на этом участке воздушный поток преодолевает аэродинамическое сопротивление Z0l. Затем поток Рис. 58. Воздухопроводы двигателя разделяется на две струи, преодо левающие сопротивления Z { или Z 2. На выходе со стороны, противоположной коллектору, о б е струи снова о б р а з у ю т общий поток с сопротивлением Z 0 2.

Полное аэродинамическое сопротивление тягового двигателя при та кой схеме Z = Z01 + ^ + Z02. (160) (VZ,+yz2)' Необходимый напор в коллекторной камере (161) H = ZQ2 мм вод. ст.

К вентиляционному расчету приступают после разработки конструк ции тягового двигателя. Расчет производят в такой последовательности.

1. Пользуясь чертежами, определяют особенности отдельных участ ков воздухопроводов и их сечения.

2. Выполняют эскиз воздухопроводов двигателя (рис. 58) и их прин ципиальную схему.

3. В соответствии с эскизом воздухопроводов и их схемой определяют аэродинамическую постоянную двигателя. Для этого надо составить т а б лицу, подобную табл. 9. При этом следует иметь в виду, что коэффициент Таблица н н ою i Площадь S Ч« попереч S.J I s\-10* ного Характеристика участка Участок сечения fl" в м участка. Sя 5. в мг §с Ss Общий поток ;

| Входное 108 | 5, 0,Ю4 | Потеря динамического 1 62 | отверстие J напора 5, 1 Zoi = Поток, проходящий между катушками 2 Вход в межкатушеч- 15,3 0,0392 Отверстие с открытыми ное пространство краями 3 Выход в заднюю ка- 40, 15, 0,0392 Потеря динамического меру напора Z1 == 63, 0,1464 214 4, Отверстие с открытыми Вход и выход в вых краями и потеря дина лопные отверстия мического напора ZQ2 = 4, :



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 13 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.