1.7  Определение  габаритных размеров

       Длина тягового электродвигателя ограничивается расстоянием между внутренними гранями колесных пар, которое для железных дорог равно 1,44 м. Однако здесь же необходимо разместить зубчатую передачу, предусмотреть необходимые технологические зазоры.

       Ширина (диаметр) остова ТЭД связана с диаметром якоря соотношением:

                                                               BD = KD ×Da,                                                (28)

где КD – коэффициент пропорциональности, принимаем 1,5.

Тогда подставляя численные значения, получаем:

BD = 1,5×0,56 = 0,84 м.

       Максимально возможная ширина (диаметр) остова ограничивается величиной централи передачи  и необходимостью размещения полого вала колесной пары, т.е.:        

                                                                                                      (29)

где d0 – диаметр полого вала, принимаем 315 мм.

Тогда подставляя численные значения, получаем:

       Высота остова обычно равна ширине и не должна быть больше:

                                                    HD max = D – 2(a’ - D),                                            (30)

где а’ – расстояние от нижней части станины двигателя до головки рельс,

              принимаем 155 мм;

        D - превышение оси вала электродвигателя над осью колесной пары,

              принимаем 30 мм.

Тогда подставляя численные значения, получаем:

HD max = 1250 – 2(155 – 30) = 1000 мм.

       Максимально возможный диаметр якоря определяется по следующей формуле:

                                                                                               (31)

Подставляя численные значения, получаем:

       Наружный диаметр станины (статора) генератора определяется по формуле:

                                                           Dст = Кст×Dа,                                                    (32)

где Кст – коэффициент пропорциональности, принимаем 1,45.

    Подставляя численные значения, получаем:

Dст = 1,45×1,2 = 1,74 м.

2 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСЧЕТ ТЭД

2.1 Выбор  типа обмотки

       Тип обмотки якоря определяется в основном величиной тока в параллельной ветви:

                                                ia  = Iд.дл/(2а) <=250 A.                                              (33)

где Iд.дл – ток тягового двигателя в продолжительном режиме, 550 А;

          а – число пар параллельных ветвей обмотки якоря.

       Для лучшей   коммутационной  стойкости  ТЭД принимаем петлевую обмотку, тогда а = р = 2.

       Тогда подставляя численные данные в (33), получаем:

ia = 550/(2×2) = 138 А < 250 A.

       Число проводников обмотки определим по формуле:

                                                      Na = p×A×Da/ia,                                                     (34)

где А – линейная нагрузка якоря в продолжительном режиме, 375 А/см;

      Da – диаметр якоря, 53 см.

       Тогда подставляя численные значения, получаем:

Nа = 3,14×374×56/138 = 477.

      Окончательно количество проводников уточним после определения числа пазов и активных проводников в пазу.

2.2 Расчет числа пазов, параметров  обмотки якоря

       Определяем, в зависимости от диаметра якоря, число пазов: Zп = 62.

       Зубцовое деление определим по формуле:

                                                      t1 = p×Da/Zп .                                                        (35)

       Подставляя численные значения, получаем:

t1 = 3,14×0,56/62 = 28 мм.

       Число активных проводников в пазу определим по следующей формуле:

                                                          NZ = Na/Zп.                                                       (36)

       Подставляя численные данные, получаем:

NZ = 477/62 = 7,7.

       Число активных проводников в пазу округляем до четного числа: 8.

       Число коллекторных пластин на паз определим по формуле:

                                                            uк = NZ/2.                                                       (37)

       Тогда подставляя численные значения, получаем:

uк = 8/2 = 4.

       При выборе числа пазов по условиям нагревания обмотки необходимо, чтобы объем тока в пазу:

                                               ia×NZ <=1500…1800 A.                                              (38)

       Подставляя численные значения, получаем:

ia×NZ = 138×8 = 1014 А <1500…1800 А.

       В соответствии с принятыми решениями уточненное число проводников обмотки  и линейной нагрузки будут:

                                                         Na = NZ×Zп                                                         (39)

                                                                                                                                       (40)   

       Тогда подставляя численные значения, получаем:

Na = 8×82 = 496.

       Так как полученное значение А практически не отличается (3,6%) от принятого при определении основных размеров ТЭД, то продолжаем дальнейший расчет.

       Число коллекторных пластин определим по формуле:

                                                                                                          (41)

где wс – число витков в секции, равно 1;

       ZЭ – число элементарных пазов.

       Тогда подставляя численные значения, получаем:

       Проверим величину среднего межламельного напряжения:

                                                                                        (42)

       Подставляя численные данные, получаем:

       При этом необходимо обеспечить выполнения условий симметрии простой петлевой обмотки якоря:

К/а = ЦЧ = 248/2 = 124.

Zп/а = ЦЧ = 62/2 = 31.

2р/а = ЦЧ = 4/2 = 2.

где ЦЧ – целое число.

       Коллекторное деление tк из условий конструктивной и технологической выполнимости коллектора будет:

                                                     tк >= 4…4,5 мм.                                                   (43)

при толщине изоляции между пластинами 0,8 – 1,5 мм. Выбираем tк = 4 мм.

       Принятые величины К и tк позволяют определить диаметр коллектора, который определяется по формуле:

                                                                                                              (44)

       Подставляя численные значения, получаем:

       Принимаем из ряда номинальных значений DК = 425 мм.

       При этом максимальная окружная скорость коллектора должна удовлетворять условию:

                                                                           (45)

где nд.max – максимальная частота вращения двигателя, которая определяется

                   по формуле:

                                                                                                     (46)

где nд.дл – номинальная частота вращения двигателя в продолжительном

                  режиме, 650 об/мин;

       umax – конструкционная скорость тепловоза, 115 км/ч;

       uдл – скорость длительного режима, 30 км/ч.

       Тогда подставляя численные значения, получаем:

       Подставляя численные значения в формулу (45), получаем:

      Кроме этого полученные значения Da и DК должны находиться в соотношении

                                                  DК = 0,75…0,85Da.                                                                             (47)

       Подставляя численные значения, получаем:

DК = 0,76×560 = 425 мм.

       Полученные значения tК и DК окончательно уточним в процессе дальнейшего расчета.

       Предварительно глубину паза определим по следующей формуле:

                                                    hz  = 0,08…0,12t,                                                  (48)

где t - полюсное деление, которое определяется по формуле:

                                                                                                             (49)

       Подставляя численные значения, получаем:

       Тогда подставляя численные значения в формулу (48), получаем:

hz = 0,1×440 = 44 мм.

       Ширину паза определим по следующей формуле:

                                                   bп = 0,35…0,45×t1.                                                  (50)

       Подставляя численные значения, получаем:

bп = 0,4×28 = 11,2 мм.

       Из опыта проектирования ТЭД: hz/bп = 2,5…6 = 44/11,2 = 4.

       Окончательно размеры паза определим после определения размеров меди проводников обмотки, их количеством в пазу и толщиной изоляции.

       Площадь сечения меди проводника обмотки определим по следующей формуле:

                                                                                                                    (51)

где ja – плотность тока в обмотки якоря, определяется по формуле:

                                                                                                                  (52)

где Aja – фактор нагрева, при классе изоляции F Aja = 3000 А2/(см×мм2).

       Подставляя численные данные, получаем:

       Тогда подставляя численные значения в (51), получаем:

       Для ограничения величины добавочных потерь высота каждого проводника в зависимости от частоты перемагничивания сердечника якоря fп = pnд.дл/60 = 2×650/60 = 21,6 Гц  должна быть не более указанного в таблице 1.1   hм = 10,5 мм.

       По полученному значению Sa намечаем размеры проводника по ГОСТ 434-78 по приложению 2  : b = 10 мм, а = 2,24 мм и Sa = 22,04 мм2.

       Выбираем горизонтальное расположение проводников в пазу.

       Расчет размеров паза удобно представить в виде таблицы 1.

Таблица 1 – Расчет размеров паза