Тяговые электрические машины магистральных и маневровых тепловозов, страница 4

Если катушка главного полюса располагается на составном сердечнике, часть которого является приливом станины, а вторая часть – шихтованной вставкой (рис. 4), то падения магнитного напряжения для этих участков – соответственно  и  - целесообразно определять отдельно.

В месте стыка шихтованной проставки полюса и расточки ярма всегда существует некоторый зазор, который увеличивает магнитное сопротивление; на преодоление этого сопротивление следует предусмотреть дополнительную намагничивающую силу, оцениваемую величиной: .

Участок ярма машины подразделяют на две части: основную – длиной , и переход к сердечнику полюса , где индукцию оценивают величиной  (рис. 4).

При наличии в ТЭД компенсационной обмотки сердечник полюса разделяют по высоте, выделяя зубцовый слой полюсного наконечника . Для этой зоны определяют требуемые значения индукции , напряженности  и падения магнитного напряжения , участвующие в создании основного потока. Индукция в зубцах полюсного наконечника не должна превышать .

Основным узлом магнитной цепи ТЭД является зубцовый слой якоря, т.к. из-за малости сечения магнитной цепи он насыщается в первую очередь. Вследствие того, что зубцы ярма ротора имеют трапециидальную форму индукция по их высоте меняется значительно. Поэтому расчет падения магнитного напряжения на этом сечении определяется по усредненному значению напряженности, которое определяется по формуле Симпсона: , где -напряженности магнитного поля в головке, среднем сечении зубца и в ножке.

Если не требуется особой точности, то при незначительной разнице в сечениях зубца по его высоте расчет можно вести по напряженности  в сечении  , отстоящем от его основания на .

В табл.5 приведены зависимости для расчета параметров  магнитопроводов ТЭД.

Суммируя значения падения магнитного напряжения на отдельных участках магнитной цепи, определяют требуемое значение намагничивающей силы при работе машины на холостом ходу (без размагничивающего действия реакции якоря):

.

С учетом допустимого отклонения частоты вращения якоря от номинального значения, намагничивающая сила на холостом ходу определяется как

.

При работе под нагрузкой якорь создает свое магнитное поле, характеризуемое намагничивающей силой , которое уменьшает результирующую намагничивающую силу. Для компенсации намагничивающей силы якоря (компенсации реакции якоря) основная намагничивающая сила должна быть увеличена на величину :

 .

Степень искажения основного магнитного поля магнитным полем якоря зависит от соотношения намагничивающих сил этих полей и насыщения зубцового слоя якоря. Поэтому расчет результирующей  намагничивающей выполняется, как правило, на основании опытных зависимостей коэффициента реакции якоря от относительного значения намагничивающей силы якоря , определяемого для различных значений величины  (рис. 8); здесь  - намагничивающая сила якоря по поперечной оси на геометрической нейтрали, т.е у границ полюсного деления, где она принимает максимальное значение .

При использовании этого метода, выражение для определения основной намагничивающей силы ТЭД представляется в виде нелинейного уравнения

,

которое решается методом итераций.

С учетом этого, закон полного тока для магнитной цепи ТЭД принимает вид:

 ,

где - ток обмотки возбуждения ТЭД; - число витков обмотки возбуждения.

Итогом расчета магнитной цепи является построение нагрузочных характеристик ТЭД . Чаще нагрузочные характеристики представляют с учетом конструктивных параметров машины, т.е. , где - конструктивная постоянная ТЭД (рис. 9).

Параметры обмотки возбуждения определяются с учетом того, что тяговые электродвигатели имеют, как правило, последовательное возбуждение и . Поэтому на основании результатов расчета магнитной цепи определяют параметры обмотки возбуждения – число витков, обеспечивающих требуемое значение :

,

где   соответствует номинальному значению магнитного потока .

При  проводники катушек наматывают «плашмя» в два ряда с числом витков  - верхнего ряда и  - нижнего ряда (рис. 10а); при этом, для лучшего вписывания катушек добавочных полюсов, нижний ряд катушки (прилегающий к полюсным наконечникам) имеет меньше витков, чем верхний.

При  и сварной станине катушки главных полюсов целесообразно наматывать «на ребро»; для этого проводник катушки гнут по радиусу посадочной поверхности полюса (рис. 10б).

Высота катушки складывается из высоты меди, межвитковой изоляции, двойной толщины внешней корпусной изоляции и толщины прокладки между рядами  (если катушка двухрядная). Число слоев изоляции накладывается в соответствии с напряжением машины.  Если катушка имеет изоляцию «Монолит», то корпусная изоляция выполняется из стеклослюдинитовой ленты толщиной или ленты «Kapton» в 4 слоя вполуперекрышу (при напряжении до 1000В).

При пропитке катушки возникает эффект ее «распушения», в результате чего ее высота и ширина увеличиваются на  от результирующей толщины изоляции.

Длина проводника катушки возбуждения , где  - средняя длина витка. Окончательно величина  устанавливается по чертежу; ее ориентировочное значение может быть вычислена исходя из параметров сердечника.

При двухрядной катушке длина проводника верхнего ряда катушки -; длина проводника нижнего ряда катушки -, где   и - ширина катушек верхнего и нижнего рядов (рис. 10а). Общая длина проводников обмотки возбуждения   .

Если катушка наматывается на узкое ребро проводника, то ,м, где - ширина проводника обмотки (рис. 10). Общая длина обмотки возбуждения .

Сопротивление обмотки возбуждения

,

где  - удельное сопротивление электротехнической отожженной меди при температуре обмотки 20⁰С;  - сечение проводника обмотки;  - высота проводника (рис. 10); - удельный коэффициент температурного сопротивления меди;  - расчетная температура обмотки; для ТЭД принимается ;  - коэффициент подреза обмоток, наматываемых на узкое ребро; если высота подреза более половины высоты катушки то (в противном случае ).

Масса меди катушки , где  - плотность электротехнической отожженной меди.