Тяговые электрические машины магистральных и маневровых тепловозов, страница 6

Значение  складывается из падений магнитного напряжения на основном воздушном зазоре под сердечником добавочного полюса  и на воздушном зазоре между сердечником полюса и станиной , где  и - индукции в основном и дополнительном воздушных зазорах; - коэффициент основного воздушного зазора; - коэффициент дополнительного воздушного зазора,  т.к. поверхности дополнительного зазора гладкие. Величину  определяют по значению , а индукция в дополнительном воздушном зазоре с учетом явления краевого эффекта («распушения» магнитного потока ) , где  - индукция в сердечнике добавочного полюса, а - магнитный поток в сердечнике добавочного полюса.

Для нормальной коммутации на номинальном режиме работы (с учетом двойной перегрузки по номинальному режиму) , а  магнитный поток полюса должен быть не меньше, чем требуемое значение потока в зоне коммутации  и потока рассеяния добавочного полюса :

.

Для определения потока рассеяния А.Б. Иоффе предлагается зависимость

 ,

где проводимость потока рассеяния определяется высотой полюса  и расстоянием между полюсными наконечниками главного и добавочного полюса  (рис. 13): .

Коэффициент рассеяния добавочного полюса ; для ТЭД с компенсационной обмоткой ; для ТЭД без компенсационной обмотки .

По значению  устанавливают требуемую ширину сердечника полюса

,

а по значениям  и точное значение дополнительного воздушного зазора

 .

Число витков обмотки на полюс

,

где   - число параллельных ветвей обмотки. Как правило, катушки всех добавочных полюсов включаются последовательно в одну параллельную ветвь и . Сечение проводника . Размеры проводника определяют исходя из компоновки катушки в ТЭД. Катушки наматывают на узкое ребро из медной шины без дополнительной изоляции. В качестве изоляции используют прокладки из асбеста толщиной 0,5 мм, закладываемые между отдельными витками. Основную корпусную изоляцию выполняют в зависимости от напряжения относительно земли.

Длина проводника одного витка , где ширина катушки . Сопротивление цепи добавочных полюсов

 ,

а масса меди  .

Параметры щеточно-коллекторного механизма. Длина рабочей части коллектора определяется числом и размерами щеток в одном щеткодержателе. В ТЭД щеткодержателей .

Необходимая контактная поверхность щеток одного щеткодержателя определяется номинальной нагрузкой

,

где - плотность тока под щеткой .

Ширина контактной поверхности щеток  определяет ширину зону коммутации . Чтобы в зону коммутации не проникало поле главных полюсов

 .

Для лучшего контакта с поверхностью коллектора щетку делают составной из нескольких щеток , где - результирующая длина щеток в щеткодержателе; - число щеток в щеткодержателе,  - ширина одной щетки (табл. 6).

Таблица 6

Параметры щеток ТЭД

bщ, мм	8	10	12,5	16,0	20,0	25,0
lщ, мм	10; 12,5; 16; 20	12,5; 25; 40	16; 20; 32; 40; 50	20; 25; 32; 40; 50	32; 40; 50	32; 40

На современных ТЭД в каждый щетктдержатель устанавливается по три составные щетки размером ; при большем их числе значительно усложняется конструкция щеткодержателя.

Длина щетки  определяется из условия: . На тепловозных ТЭД  .

 После компоновки щеточного механизма по зависимости рис 14 определяют его степень искрения; в качестве фактора искрения А.Б. Иоффе предлагает величину

,

где - индуктивность секции, Гн; - разность между током в параллельной ветви якоря и током коммутируемой короткозамкнутой секции, а другие величины измеряются в единицах: ; ; ; ; .

Значение  определяют по зависимости: , где - активное сопротивление секции; - сопротивление контакта щетка-коллектор; - падение напряжения в двух переходных слоях щетка-коллектор определяется по зависимости, представленной на рис. 15; - ток щеткодержателя;  - коэффициент, учитывающий нескомпенсированную часть реактивной эдс;  при ;  при .

Степень искрения ТЭД не должна превышать 1,5

Расчет электромеханических характеристик. Электромеханические характеристики ТЭД являются его основными характеристиками, на основании которых определятся частота вращения ротора и тяговый момент. Они представляют собой зависимости частоты вращения якоря , электромагнитного момента (или механического момента ) и коэффициента полезного действия  от тока якоря при переменном значении напряжения на зажимах двигателя : ; ;  при  и .

Значения  и  рассчитываются по зависимостям

 ;

 

с использованием нагрузочных характеристик ТЭД,  из которых принимаются значения , полученные для соответствующих значений , где  - коэффициент ослабления возбуждения. Как правило, для получения требуемого скоростного диапазона тепловоза при указанных ограничениях по  и  используют три ступени возбуждения: .

Зависимость

 

рассчитывается после определения суммарных потерь  в двигателе

Потери ТЭД  складываются из электрических потерь в обмотках , которые составляют ; магнитных потерь в сердечнике ; механических потерь в подшипниках ; потерь на шеточно-коллекторном узле ; добавочных потерь .

Электрические потери тягового электродвигателя:

.

Магнитные потери в ярме и зубцах сердечника якоря:

 ,

где   и  - соответственно массы стали ярма якоря и зубцов якоря, кг;  и  - соответственно удельные потери в ярме сердечника якоря и зубцах якоря с учетом коэффициента ослабления возбуждения, Вт/кг: ;   ;   - частота перемагничивания якоря, Гц.

Механические потери в подшипниках 

Потери на щеточно-коллекторном узле

,

где - потери в переходном контакте щетка-коллектор;  потери на трение щеток о коллектор;  - коэффициент трения щеток о коллектор; - давление щеток на коллектор, Н/м² .

Добавочные потери складываются из потерь в меди (коммутационные и от главного пазового поля) и потерь в стали ( от искажения магнитного поля, вызванного реакцией якоря) приблизительно определяются следующей зависимостью:

 ,

где  - коэффициент добавочных потерь.                                 

Расчет зависимостей ; ;  необходимо выполнить для всего диапазона изменения  при всех ступенях ослабления возбуждения ТЭД. Примером такого расчета могут явиться электромеханические характеристики ТЭД ЭДУ-133 НПО «ПРИВОД» (рис. 16).