Тяговые электрические машины магистральных и маневровых тепловозов, страница 2

Для соблюдения симметрии простой петлевой обмотки необходимо, чтобы отношения  являлись целыми числами; у тепловозных ТЭД, как правило,  , поэтому при одинаковых секциях обмотки она выполняться ступенчатой (с укорочением или удлинением шага).

Вследствие того, что тепловозные ТЭД имеют петлевую обмотку, ее параметры в коллекторных делениях определяются следующим образом: шаг по коллектору - ; первый шаг - , где - первый шаг обмотки в пазовых делениях; - число коллекторных пластин на паз, - укорочение (удлинение) шага; второй шаг -  (в пазовых делениях второй шаги определяться .).

Оптимальное значение  определяется при расчете коммутации ТЭД.

У тепловозных ТЭД зубцовый шаг обмотки якоря , а коллекторное деление , где - диаметр коллектора.

С учетом того, что линейная скорость на поверхности коллектора по условию его прочности  .

Для того, чтобы обеспечить наиболее полное заполнение паза и наилучшие условия теплопроводности от обмотки к сердечнику якоря у ТЭД применяется исключительно шаблонные обмотки с числом витков в секции . Поэтому число проводников обмотки якоря .

Соответственно линейная нагрузка обмотки якоря , а тепловой фактор ТЭД составляет .

Площадь сечения меди витка якоря , значение которой определяет параметры паза (рис. 2).

По условию механической прочности ширина зубца якоря  Поэтому максимально-допустимая ширина паза . Из-за больших значений  и магнитного потока , создающих тяговый момент, глубина паза ТЭД значительна и составляет  , где  - полюсное деление, а ширина паза определяется соотношением ; как правило . Точно размер паза определяется после выбора элементарного проводника, из которого формируется секция обмотки (рис.2).  Для снижения эффекта вытеснения тока в проводниках якоря и уменьшения сопротивления обмотки якоря  размер проводника в вертикальном направлении , который должен соответствовать ГОСТ 434-78. Соотношение сторон элементарного проводника , при этом для снижения добавочных потерь сечение элементарного проводника .

В результате, окончательные размеры проводника:

где  и - число элементарных проводников в секции обмотки в горизонтальном и вертикальном направлениях, - высота клина; - ширина и высота изоляции секции обмотки по ширине и высоте катушки; - суммарная высота прокладок паза; - зазор на укладку обмотки.

В качестве изоляции ТЭД используется стеклянная и стеклослюдинитовая лента и полотно, полиамидная пленка или изоляция «KAPTON» толщиной 0,09…0,11 мм.

Витковая изоляция выполняют одним слоем вполуперекрышу (рис. 2). Корпусная изоляция является основной; ее толщина зависит от максимального напряжения ТЭД (табл. 2).

                                                                                                                    Таблица 2

Напряжение по отношению к корпусу, В	Толщина корпусной  изоляция на две стороны,  мм
750 В	1,1
1000 В	1,54

Покровная изоляция является защитной для корпусной изоляции и выполняется из стеклоленты (или стеклополотна) одним слоем вполуперекрышу (рис. 2).

Прокладки между секциями, клином и дном паза выполняются из миканита или электротехнического картона толщиной 0,5 мм.

Расчет магнитной цепи выполняется исходя из того, что продолжительному режиму работы ТЭД  соответствует его ненасыщенное состояние, а  в соответствии с ГОСТ 2582-81 по условиям изготовления ТЭД допускается отклонение частоты вращения якоря от номинального значения на ±3%. Поэтому расчетное значение магнитного потока

,                                                       

где - машинная постоянная ТЭД; - частота вращения якоря, [1/с].

В связи с тем, что  определяется допустимым габаритом, значение  определяет минимальную активную длину якоря

,                                  

где  -ширина зубца якоря на высоте 1/3 от дна паза (это сечение соответствует среднему значению индукции по высоте зубца) ;  - коэффициент шихтовки стали сердечника якоря; .

В то же время

,

где  - допустимая по габариту длина якоря; с учетом того, что колесные пары тепловозов имеют односторонний привод ;  - вылет передней лобовой части обмотки якоря;   - вылет задней лобовой части обмотки;  - полная длина коллектора; - часть длины нажимной шайбы, выступающей за длину коллектора (табл. 3). Суммарный размер вылетов косых частей обмотки может быть оценен как .

                                                                                                            Таблица 3

Напряжение ТЭД относительно корпуса               , В	Вылет изоляционной манжеты коллектора , мм
500…800	25
800…1200	32

Геометрия якоря определяется его активной высотой

,

где - ориентировочное значение индукции в ярме якоря. Значение  принимается в зависимости от частоты перемагничивания ярма якоря; с целью снижения потерь в стали: при ; при .

Для охлаждения обмотки и ярма якоря в нем выполняются аксиальные воздушные каналы диаметром  Число рядов каналов ; если , то каналы размещают в шахматном порядке, выдерживая расстояние между их центрами  (по условию механической прочности ) (рис. 4).

Конструктивная высота сердечника якоря (рис. 4)

,

где  активная высота через геометрические параметры выражается зависимостью:

.

Внутренний диаметр шихтованной части сердечника якоря

;

он является одновременно внешним диаметром втулки якоря, на которую устанавливают шихтованное тело сердечника . Диаметр втулки определяется диаметром вала ТЭД :, где - односторонняя толщина втулки. Диаметр вала ТЭД определяется передаваемым механическим моментом электродвигателя , или соотношением ; ориентировочно :

 .

Геометрия воздушного зазора. При  в ТЭД отсутствует компенсационная обмотка, поэтому воздушный зазор в них неравномерный. Значение воздушного зазора под осью полюса . С учетом увеличения  к краям полюса его эквивалентное значение

,

где  - воздушный зазор под краем полюса.

При  для компенсации реакции якоря в полюсные наконечники укладывается компенсационная обмотка; в этом случае воздушный зазор делают равномерный. Вследствие того, что на тепловозах практически не используются ТЭД  ее расчет не приводится.