Выбор числа пар полюсов и типа обмотки якоря. Расчёт размагничивающего действия реакции якоря, коллекторно-щёточного узла, магнитной цепи и катушек главных и добавочных полюсов. Расчёт массы и технико-экономических показателей тягового электродвигателя.
Это приводит к необходимости при проектировании принимать целый ряд величин. В результате электрического расчета тягового электродвигателя выбирается тип обмотки якоря, рассчитываются размеры и параметры его активного слоя, коллекторно-щеточного узла, а так же магнитной цепи и катушек главных и добавочных полюсов. Определяем число коллекторных пластин где Wc - число витков в секции обмотки якоря; Wc=1; Сечение меди проводника обмотки мм2 , Принимаем медный провод сечением 6,7 ? 1,12, у которого qa = 7,289 мм2; , где kc - коэффициент заполнения сталью сердечника якоря, учитывающий толщину изоляции (толщину лаковых прослоек); kc = 0,96 [1] ;В данной курсовой работе были произведены следующие расчеты: - расчет параметров передачи и диаметра якоря ТЭД: здесь были определены номинальная частота вращения двигателя об/мин, диаметр якоря Da=24,5 см, номинальная окружная скорость км/ч, максимальные обороты двигателя об/мин; был рассчитан номинальный ток двигателя А, величина тока параллельной ветви А, количество активных проводников шт; рассчитан коллекторно-щеточный узел, была выбрана щетка типа ЭГ61, шириной bщ = 1,25 см и длиной lщ = 3,2 см; рассчитаны магнитные напряжения участков магнитной цепи и общая МДС: магнитное сопротивление воздушного зазора А, падение магнитного потенциала в зубцовой зоне = 713,2 А, магнитное напряжение 123,7 А, магнитное напряжение в сердечнике главных полюсов Ft = 268 А, магнитное напряжение в станине = 480 А, общая МДС магнитной цепи при холостом ходе 4394,42 А.
Введение
Проектирование электрических машин и тяговых двигателей, в частности, - задача в значительной степени неопределенная, аналогичная решению одного уравнения со многими неизвестными. Это приводит к необходимости при проектировании принимать целый ряд величин. Практика и опыт тягового электромашиностроения позволили установить целесообразные границы изменения этих величин, а так же создать ряд эмпирических формул, упрощающих проектирование двигателей. Все это позволяет так же приблизить принимаемые решения к оптимальным.
В результате электрического расчета тягового электродвигателя выбирается тип обмотки якоря, рассчитываются размеры и параметры его активного слоя, коллекторно-щеточного узла, а так же магнитной цепи и катушек главных и добавочных полюсов. В заключении всех расчетов строятся характеристики намагничивания, нагрузочные и электромеханические.
1. Расчет параметров передачи и диаметра якоря ТЭД
1.1 Определение частоты вращения и диаметра якоря ТЭД
Номинальная частота вращения двигателя
, где m - передаточное число передачи; m = 12,1;
Vн - скорость номинальная, км/ч; Vн = 27 км/ч;
D - диаметр ведущих колес, м; D = 1,07 м;
об/мин.
Диаметр якоря
, где Рдн - мощность номинальная, КВТ; Рдн = 110 КВТ;
k - коэффициент Шенфера, k = 60;
см.
По стандартному ряду принимаем Da=24,5 см.
Проверим диаметр якоря по максимальной окружной скорости.
Номинальная окружная скорость км/ч.
Максимальная окружная скорость где Vmax - максимальная скорость, км/ч; Vmax = 70 км/ч;
км/ч.
По условию крепления обмотки в пазах двигателя км/ч.
Максимальные обороты двигателя об/мин.
2. Электромагнитный расчет ТЭД
2.1 Выбор числа пар полюсов и типа обмотки якоря
По опыту проектирования ТЭД при использовании диаметра якоря равного 24,5 см число полюсов принимаем равным четырем (2p = 4).
Номинальный ток двигателя где Uдн - напряжение на коллекторе, В; Uдн = 750 В;
hдн - КПД двигателя, hдн = 0,91 [1, рис.3.5];
А.
Предварительно принимаем простую волновую обмотку, для которой a = 1.
Величина тока параллельной ветви
А.
Количество активных проводников где А - линейная нагрузка, А/см; А = 370 А/см [1];
шт.
2.2 Расчет числа пазов, размеров проводников, паза и зубца0
2.2.1 Расчет числа пазов
Зубцовое деление где zn - число зубьев, принимаем zn = 29 [1, рис.3.7];
мм.
Число активных проводников в пазу шт.
Число коллекторных пластин на паз uk = 12 / 2 = 6 пластин.
По условиям нагревания обмотки необходимо выполнение условия
А 80,5 · 12 = 967 ? 1200 - 1500 А.
Уточненное число проводников
Na = 12 · 29 = 348 шт.
Уточненное значение линейной нагрузки
А/см.
Определяем число коллекторных пластин где Wc - число витков в секции обмотки якоря; Wc=1;
, где k? - коэффициент учитывающий зубчатое строение якоря;
- эквивалентный воздушный зазор;
, см.
Принимаем = 0,35 см.
, где t1 - зубцовое деление, см;
bz1 - ширина зубца на поверхности якоря;
bz1 = t1 - bп, bz1 = 2,6 - 0,849 = 1,75 см
, А.
2.7.2 Зубцовая зона
Принимаем сталь 1312 для которой при Bz1/3 = 1,85 Тл, Hz1/3 = 200 А/см.
Падение магнитного потенциала в зубцовой зоне
=200 · 3,56 = 713,2 А.
Площадь зубцовой зоны м2.
2.7.3 Сердечник якоря
Принимаем сталь 1312 для которой при Ва = 1,4 Тл; На = 18,2 А/см.
Длина средней силовой линии в сердечнике якоря
, см.
Магнитное напряжение
18,2 · 6,8 = 123,7 А .
2.7.4 Сердечник главных полюсов
Принимаем листовую сталь, для которой при Вт = 1,6 Тл; Нт = 40 А/см.
Магнитное напряжение в сердечнике главных полюсов
Ft = 40 · 6,7 = 268 А.
2.7.5 Станина
Выбираем стальное литье, для которого Вст = 1,5 Тл, Нст = 30 А/см.
Длина средней силовой линии в станине
,
см.
Магнитное напряжение в станине
= 30 · 16 = 480 А .
Общая МДС магнитной цепи при холостом ходе
2809,52 713,2 480 123,7 268 = 4394,42 А.
2.8 Расчет размагничивающего действия реакции якоря
МДС, компенсирующая размагничивающее действие якоря где кр - коэффициент размагничивания, принимаем из графика (рис.2.7.)
, кр = 0,135;
Fря - реакция якоря, А;
А;
= 0,135 · 3494,4 = 471,7 А .
Общая МДС главных полюсов
, 4394,42 471,7 = 4866,12 А, .
При кр=0,105, тогда = 0,105 · 3494,4 = 367 А .
4394,42 367= 4761 А, Результаты расчета магнитной цепи приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Результаты расчета магнитной цепи
Участок магнитной цепи Длина участка, см Площадь сечения, м2 Индукция, Тл Напряженность поля, А/см МДС участка, А Воздушный зазор 0,4 0,029 0,865 6409 2809,52
Зубцовая зона 3,56 0,02 1,85 200 713,2
Сердечник якоря 6,8 0,0049 1,4 18,2 123,7
Сердечник полюса 6,7 0,0281 1,6 40 268
Станина 16 0,015 1,5 30 480
МДС при холостом ходе 4394,42
Размагничивающая сила якоря 367
МДС при нагрузке 4761
2.9 Расчет главных полюсов
МДС последовательной обмотки Fc, А, при преобладании МДС параллельной обмотки
Требуемое число витков катушки главных полюсов где ?н - ослабление магнитного потока в номинальном режиме; для двигателя с тиристорным регулированием ?н = 1;
= 12 витков.
Поперечное сечение меди катушки где jc - плотность тока в проводниках обмотки, А/мм2; jc = 4А;
мм2.
Принимаем провод 20 ?2 мм, площадь поперечного сечения провода
Sпр = 30 мм2.
Средняя длина витка параллельной обмотки
= 0,97 м.
Площадь проводника параллельной обмотки
, где Fш max - максимальная МДС параллельной обмотки, А;
, = 0,75 · 4866,12 = 3649,59 А, = 0,33 мм2.
Плотность тока параллельной обмотки в номинальном режиме, А/мм2;
А/мм2.
Максимальная плотность тока параллельной обмотки
, А/мм2.
Максимальный ток в параллельной обмотке
, = 0,33 · 6 = 1,98 А.
Число витков в обмотке
= 1843 витка.
Сопротивление обмотки при 200 С
= 380 Ом.
Расчетный диаметр провода обмотки мм.
Ток параллельной обмотки в номинальном режиме где Fшн - МДС параллельной обмотки, А;
, А;
А.
2.10 Расчет параметров коммутации и добавочных полюсов
Индукция в зоне коммутации
Тл.
Магнитный поток в зоне коммутации где bdд - расчетная дуга наконечника добавочного полюса, см;
где - ширина наконечника добавочного полюса, см;
, = 1,35 · 26 · 10?1 = 3,51 см;
- воздушный зазор под добавочным полюсом со стороны якоря, см;
= 0,245 0,055 = 0,3 см, = 3,51 2 · 0,3 = 4,11 см, Вб.
Магнитный поток в сердечнике полюса где sд - коэффициент рассеивания добавочного полюса, принимаем sд = 3;
= 3 · 0,0018 = 0,0054 Вб.
Индукция в сердечнике полюса при номинальном токе Втд = 0,8 Тл.
Ширина сердечника добавочного полюса см.
Величина воздушного зазора см.
МДС на один полюс где kdд - коэффициент, учитывающий зубчатое строение якоря;
где ? ширина зубца на поверхности якоря, см;
см, ;
А.
Число витков катушки добавочного полюса витков.
А.
Степень компенсации поля реакции якоря
.
Площадь сечения проводника катушки добавочного полюса где jд - плотность тока в проводниках обмотки, А/мм2; jд = 5 А. мм2.
Принимаем провод 2,15 ? 2,5 мм, площадь поперечного сечения провода qд = 32,7 мм2 [2].
2.11 Расчет размеров и параметров катушек главных и добавочных полюсов
2.11.1 Параметры катушек главных полюсов
Средняя длина витка последовательной обмотки где b1 - ширина катушки последовательной обмотки, см; из чертежа полюсного окна принимаем b1 = 0,018 м;
м.
Общая длина последовательной катушки меди
, где Wc - число витков последовательной обмотки; Wc = 12 витков;
0,7 · 12 = 8,4 м.
Сопротивление меди катушек главных полюсов
, Ом.
2.11.2 Параметры катушек добавочных полюсов
Средняя длина витка провода добавочных полюсов где bкд - ширина катушки добавочных полюсов, м; из чертежа полюсного окна принимаем bкд = 0,015 м.
2 · 0,245 3,14 · (0,018 0,015) = 0,594 м.
Общая длина провода катушки
, 0,594 · 29 = 17,23 м.
Сопротивление меди катушек добавочных полюсов
, Ом.
2.12 Определение коэффициента полезного действия
Потери в меди
, где rat, rпt, rдпt, rшt - соответственно сопротивление обмоток якоря, последовательной, добавочных полюсов и шунтовой при t = 115°С, Ом.
Приведение сопротивлений практически холодных обмоток к требуемому значению температуры производится по формуле
, где rit - сопротивление i-й обмотки при температуре тг=115°С;
rix - сопротивление i-й обмотки при температуре тх=20°С;
a0 - температурный коэффициент меди при 0°С; a0=0,004255.
Перечисленные сопротивления приведены в таблице 3.
Таблица 3. - Пересчет сопротивления обмоток
Название обмотки Обозначение Сопротивление, Ом
При 20°С При 115°С
Якорная rat 0,064 0,087
Главных полюсов rnt 0,0147 0,02
Добавочных полюсов rдnt 0,03 0,041
Шунтовая rшt 380 521,4
Вт.
Потери в стали при холостом ходе где kx - коэффициент потерь в стали, зависящий от ее марки; kx=2,5;
pz, pa - соответственно удельные потери в зубцах и сердечнике якоря, Вт/кг;
mz, ma - соответственно масса стали зубцов и сердечника якоря, кг;
, , где - частота перемагничивания стали, Гц;
Гц.
Вт/кг, Вт/кг, где gc - плотность стали, г/см3; gc = 7,85 г/см3;
bz1/2 - ширина зубца на высоте ? от основания, см;
2.13 Расчет и построение характеристик тягового электродвигателя
Расчет характеристик тягового электродвигателя производится аналогично номинальному режиму п. 2.4 - п. 2.11.
Нагрузочные характеристики рассчитываются с учетом размагничивающего действия якоря для нескольких постоянных значений токов нагрузки.
Расчет сводится к определению той дополнительной МДС F`ря, которая потребуется для получения при нагрузке того же магнитного потока, как и при холостом ходе.
Расчет проводим по методике А.Ф. Иоффе, которую использовали в п. 2.7. Результаты расчета сведены в таблицы 4 и 5.
Таблица 4 - Кривая намагничивания
Участок магнитной цепи Размеры участка
Поперечное сечение, м2 Длина, см Вб Вб Вб Вб
В, Тл Н, А/см F, А В, Тл Н, А/см F, А В, Тл Н, А/см F, А В, Тл Н, А/см F, А Воздушный зазор 0,029 0,4 0,35 3248 1137 0,52 4826 1689 0,69 6403 2241 0,99 9187 3215
3. Расчет массы и технико-экономических показателей ТЭД
Удельная масса ТЭД оценивается по массе отнесенной к единице номинальной мощности и по массе отнесенной к единице вращающего момента.
,
где - масса двигателя, кг;
кг.
, Кроме того, оценивают регулировочные свойство ТЭД, которые характеризуются использованием мощности в широком диапазоне скоростей.
Для качественной оценки регулировочных свойств применяется коэффициент использования мощности где - мощность ТЭД при максимальной скорости.
Установлены параметры, от которых зависит коэффициент использования мощности где - ослабление магнитного потока в номинальном режиме, = 1; - коэффициент ослабления магнитного потока при ;
- коэффициент насыщения;
- коэффициент скорости;
, .
;
=1,73.
Принимаем .
, 0,32.
Вывод
В данной курсовой работе были произведены следующие расчеты: - расчет параметров передачи и диаметра якоря ТЭД: здесь были определены номинальная частота вращения двигателя об/мин, диаметр якоря Da=24,5 см, номинальная окружная скорость км/ч, максимальные обороты двигателя об/мин;
- был рассчитан номинальный ток двигателя А, величина тока параллельной ветви А, количество активных проводников шт;
- выбрали тип обмотки, ее параметры, размеры проводников, паза и зубца;
- рассчитан коллекторно-щеточный узел, была выбрана щетка типа ЭГ61, шириной bщ = 1,25 см и длиной lщ = 3,2 см;
- определен магнитный поток Фдн = 0,0375 Вб и длина якоря la = 37 см;
- определены размеры магнитной цепи (п. 2.6);
- рассчитаны магнитные напряжения участков магнитной цепи и общая МДС: магнитное сопротивление воздушного зазора А, падение магнитного потенциала в зубцовой зоне = 713,2 А, магнитное напряжение 123,7 А, магнитное напряжение в сердечнике главных полюсов Ft = 268 А, магнитное напряжение в станине = 480 А, общая МДС магнитной цепи при холостом ходе 4394,42 А.
- расчет размагничивающего действия реакции якоря: МДС, компенсирующая размагничивающее действие якоря = 471,7 А, общая МДС главных полюсов 4866,12 А;
- рассчитаны параметры катушек главных и добавочных полюсов, а также параметры коммутации (п. 2.9-2.10)
- определен коэффициет полезного действия двигателя ;
- рассчитана масса двигателя кг, а также технико- экономические показатели ТЭДА.
В результате электрического расчета тягового электродвигателя выбирается тип обмотки якоря, рассчитываются размеры и параметры его активного слоя, коллекторно-щеточного узла, а так же магнитной цепи и катушек главных и добавочных полюсов. На основании всех расчетов были построены характеристики намагничивания, нагрузочные и электромеханические. обмотка якорь тяговый электродвигатель
Список литературы
1. Ефремов И.С., Косарев Г.В. Теория и расчет троллейбусов (электрическое оборудование ), ч.1 Учебное пособие для вузов. - М.: Высшая школа.1981.- 293 с.
