Расчет параметров тягового электродвигателя

СОДЕРЖАНИЕ

1 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОВОЗА И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ

1.1   Выбор расчетных сил тяги и скорости тепловоза

1.2   Выбор типа электрической передачи и схемы соединения ТЭД

1.3   Определение основных расчетных параметров электрических машин

1.4   Определение основных размеров ТЭД

1.5   Определение главных размеров синхронного генератора

1.6   Определение параметров зубчатой передачи

1.7   Определение габаритных размеров

2 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСЧЕТ ТЭД

2.1 Выбор типа обмотки

2.2 Расчет числа пазов, параметров обмотки якоря

2.3 Расчет коллекторно-щеточного узла

2.4 Разборка эскиза магнитной цепи

2.5 Расчет магнитных напряжений участков магнитной цепи

2.6 Расчет главных полюсов, коммутации и добавочных полюсов

2.7 Определение к.п.д. при длительном режиме работы

3 РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК  ТЭД, СГ И ТЕПЛОВОЗА

3.1 Внешняя характеристика генератора

3.2 Характеристика намагничивания

3.3 Электромеханические характеристики ТЭД

3.4 Разгонные характеристики ТЭД

3.5. Тяговая характеристика тепловоза

4 РАСЧЕТ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЭД И СГ

ЛИТЕРАТУРА

  
1 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОВОЗА И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ 

1.1 Выбор расчетных сил тяги и скорости тепловоза

       Длительная сила тяги и скорость определяют массу поезда и среднюю техническую скорость локомотива, а в конечном итоге, его производительность, поэтому нахождение оптимальных значений этих величин является одной из важнейших задач.

       Длительная сила тяги тепловоза определяется по формуле:

                                                                                                    (1)

где Nдг. – свободная мощность тепловоза, передаваемая генератору, рассчи-

                 тывается по формуле:

                                                 Nдг. = Ne – Nвсп.,                                                          (2)

      Nвсп. – мощность, расходуемая на привод вспомогательных агрегатов

                  тепловоза, определяется по формуле:

                                              Nвсп. = (0,08…0,15)Ne,                                                  (3)

       Подставляя численные значения, получаем:

Nвсп. = 0,1×2940 = 294 кВт.

       Тогда подставляя численные значения в (2), получаем:

Nдг = 2940 – 294 = 2646 кВт.

       hп – к.п.д. электрической передачи, определяется по формуле:

                                                   hп = hг×hтд×hзп,                                                         (4)

       hг, hтд, hзп – к.п.д. соответственно генератора, тягового электро-

                             двигателей, зубчатой передачи, принимаем hг = 0,95, 

                                           hтд = 0,93, hзп = 0,985.

       Подставляя численные данные, получаем:

hп = 0,95×0,93×0,985 = 0,87.

        uдл – длительная скорость тепловоза,                 uдл = 30 км/ч.

       Тогда подставляя численные значения в (1), получаем:

       Определим коэффициент тяги на расчетном подъеме по следующей формуле:

                                                                                                             (5)

       Подставляя численные значения, получаем:

       Полученный коэффициент тяги входит в рекомендуемый предел значения коэффициента тяги для грузового тепловоза.

1.2 Выбор типа электрической передачи  и схемы соединения ТЭД

       Предельная мощность тепловозного генератора постоянного тока определяется из условий удовлетворительной коммутации критерием Касьянова, который соответствует выражению:

                                                        Рг×nд <=2×106,                                                       (6)

где Рг – мощность генератора, которую можно рассчитать по формуле:

                                                          Рг = Nдг×hд,                                                              (7)

       Подставляя численные значения,  получаем: 

Рг = 2646×0,95 = 2514 кВт.

       Тогда подставляя численные значения в (6), получаем:

2514×1100 = 2765400 > 2×106.

Так как  критерий Касьянова  не выполняется, то выбираем передачу переменно-постоянного тока.

       Схема соединения электродвигателей выбирается таким образом, чтобы обеспечить необходимые тяговые свойства тепловоза. На выбор электрической схемы соединений ТЭД оказывает влияние максимальная скорость тепловоза  , при которой должна использоваться полная мощность силовой установки. Скорость максимального использования мощности для грузовых  тепловозов принимается  . При выборе схемы соединения ТЭД необходимо последовательно исследовать возможность применения различных вариантов в порядке возрастания их сложности. Критерием применимости той или иной схемы является величина скорости полного использования мощности силовой установки тепловоза. Если схема обеспечивает достижение тепловозом скорости , равной или большой заданной, то она может быть применена. В противном случае необходимо исследовать следующий по сложности вариант. Таким образом, задача сводиться в определении скорости .

       Для начала рассчитаем постоянную схему соединений ТЭД с ослаблением поля:

       Максимальную скорость полного использования мощности тепловоза в этом случаем, определим по формуле:

                                                                                                     (8)

где a - коэффициент  ослабления возбуждения;

К2г.дл – коэффициент регулирования генератора;

 Кгоп – степень насыщения магнитной системы электродвигателей при

            длительном режиме по сравнению с режимом ослабленного поля

            при скорости  .

       Задаваясь коэффициентом ослабления a = 0,28 и выбирая две ступени ослабления,  определяем коэффициент Кг.дл =1,4.

       Степень насыщения определяем с помощью кривой намагничивания:

Кгоп = АС/АЕ=1,8.

       Тогда подставляя численные данные в (8), получаем:

       Так как скорость  , то, следовательно, эта схема соединения ТЭД нам подходит. Значит, мы выбираем схему соединения ТЭД с ослабленным полем.

1.3 Определение основных расчетных параметров электрических машин 

       Максимальное напряжение тепловозного генератора принимаем следующим: Uг.max = 800 В.

       Максимальному напряжению генератора соответствует минимальный ток генератора, при котором еще полностью используется мощность дизеля, определяется по формуле:

                                                                                                     (9)

где Р’г – мощность генератора при минимальном токе Iг.min:

                                                        Р’г = Nдг×h’г,                                                       (10)

     Тогда

Р’г = 2646×0,97 кВт.                                                   

       Тогда минимальный ток генератора будет:

       Напряжение и ток при длительном режиме работы тепловоза:

                                                                                                            (11)

                                                                                                      (12)

где Рг.дл  = Nдг×h’г = 2646×0,95 = 2514 кВт.

       Тогда подставляя численные данные в (11) и (12), получаем:

       Максимальный пусковой  ток принимают, исходя из перегрузочной способности электрических машин, равным

                                                 Iг.max = (1,3…1,5)×Iг.дл.                                              (13)

       Тогда подставляя численные значения, получаем:

Iг.max = 1,4×4400 = 6160 А.

       Минимальное напряжение генератора определяется по формуле:

                                                                                                     (14)

где Р’’г – мощность генератора при максимальном токе:

Р’’г = Nдг×h’’г = 2646×0,94 = 2487 кВт.

       Тогда подставляя численные значения, получаем:

       Максимально допустимый ток по условию коммутации рассчитывается по следующей формуле:

Iг.ком » 2×Iг.дл = 2×4400 = 8800 А.

       Так как у меня в курсовом проекте 8 параллельно соединенных ТЭД, то:

Uд = Uг;  Iд = Iг/8.

       Длительная мощность электродвигателя определятся по формуле:

                                                  Рд.дл = Uд.дл×Iд.дл×10 –3.                                               (15)

       Подставляя численные значения, получаем:

Рд.дл = 571×550×10 –3 = 314 кВт.

1.4 Определение основных размеров  тягового электродвигателя

       Основные размеры электрических машин можно определить из выражения:

                                                                              (16)

где Dа – диаметр якоря;

       ℓа – длина сердечника якоря;

       Рр – расчетная мощность;

       at - расчетный коэффициент полюсного перекрытия, принимаем  at = 0,6;

       Кв – коэффициент формы паза;

     Коб – обмоточный коэффициент обмотки статора;

        А – линейная нагрузка якоря, принимаем А= 375 А/см;

       Вd - магнитная индукция в воздушном зазоре,                Вd = 0,98 Тл;

     wр – расчетная частота вращения.

       Для тягового электродвигателя Рр = Рдл   и wр = wд.дл , а частота вращения двигателя в свою очередь определяется по следующей формуле:

                                                                                               (17)

где uа.max – максимально допустимая окружная скорость якоря, принимаем

                    uа.max = 70 км/ч;

         Dа – диаметр якоря двигателя, принимаем Dа = 0,56 м.

       Подставляя это в выражение (16) и учитывая, что для машин постоянного тока Кв×Коб = 1, получаем:

                                                                        (18)

       Подставляя численные значения, получаем:

       Выразим от сюда ℓа = 0,44 м.

1.5 Определение главных размеров синхронного генератора

       Расчетная электромагнитная мощность определяется по следующей формуле:

                                                                                              (19)

где Ке – коэффициент зависящий от заданного cos j и от индуктивного

              сопротивления рассеяния.

       Подставляя выражение (19)  в формулу (16) и учитывая, что wг.р = wг.max, получим:

                                                       (20)

       При расчете принимаем  at = 0,72; Кв = 1,11; Коб = 0,972; Вdmax = 0,98 Тл; А = 600 А/см; cosj = 1,06.

       Тогда подставляя численные значения, получаем:

       Принимаем, что диаметр якоря генератора равен: 1,2 м, тогда выразив из (20) получаем, что длина якоря равна: 0,53 м.

1.6 Определение  параметров зубчатой передачи

     На современных тепловозах в основном применяется индивидуальный привод колесных пар, при котором каждая движущая ось через зубчатый редуктор связана со своим отдельным ТЭД.

       Так как конструкционная скорость тепловоза равна 115 км/ч, то принимаем опорно-рамную подвеску ТЭД.

       Передаточное отношение зубчатой передачи определим по формуле:

                                                                                              (21)

где w - частота вращения оси колесной пары.

       Подставляя численные значения, получаем:

       Полученное передаточное отношение проверяем на возможность размещения зубчатой передачи.

       Максимально возможное по условиям размещения передаточное отношение определяется по формуле:

                                                                                                             (22)

       Минимальное число зубьев малой шестерни определяется по формуле:

                                                                                                            (23)

где dz.min – минимальный диаметр делительной окружности шестерни;

           m – модуль зубчатой передачи.

       Крутящий момент определяется по формуле:

                                                                                                  (24)

где wд.дл – частота вращения двигателя в длительном режиме, определяется

                 по следующей формуле:

       Тогда подставляя численные значения, получаем:

       По значению крутящего момента определяем: dz.min = 160 мм и m = 10.

       Тогда подставляя численные значения в (23), получаем:

       Максимально возможный диаметр делительной окружности зубчатого колеса определяется по формуле:

                                                      Dz.max = D – 2(b – b1),                                          (25)

где b – расстояние между нижней точкой поверхности кожуха зубчатой

             передачи и головки рельса, принимаем 150 мм;

      b1 – минимальное расстояние между делительной окружностью зубчатого

             колеса и нижней поверхностью кожуха, принимаем 17 мм.

       Тогда подставляя численные значения, получаем:

Dz.max = 1,25 – 2(0,15 – 0,017) = 0,915 м.

       Максимально возможное число зубьев большого колеса определяется по следующей формуле:

                                                                                                           (26)

       Подставляя численные значения, получаем:

       Тогда подставляя численные данные в (22), получаем, что:

      Так как m < mmax , то окончательно принимаем передаточное отношение зубчатой передачи m = 5,75, а Z = 100 и  z = 17.

       Централь передачи определяется по следующей формуле:

                                                                                                      (27)

       Подставляя численные значения, получаем:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5