Расчёт основных параметров зубчатой передачи тягового электродвигателя

Расчёт  коммутации сводится к определению  реактивной электродвижущей силы, по её величине рассчитываются параметры добавочного полюса, создающего коммутирующую электродвижущую силу, которая должна компенсировать реактивную.

Существуют  различные методы расчёта реактивной электродвижущей силы. В данном курсовом проекте будем использовать хорошо зарекомендовавший себя и широко используемый в тяговом электромашиностроении метод инженера А.Б. Иоффе.

 

1. Реактивная электродвижущая сила

 

Для определения  среднего значения реактивной электродвижущей  силы необходимо рассчитать ширину зоны коммутации (ширину дуги окружности якоря, в границах которой находятся коммутируемые секции) и удельную магнитную проводимость потока рассеяния паза (сумму магнитных проводимостей отдельных элементов секции, называемой также коэффициентом индуктивности).

 

1.  Расчёт ширины зоны коммутации

 

Ширину  зоны коммутации, приведённую к окружности якоря при горизонтальном расположении проводников в пазу (укладка «плашмя»), определяем по формуле

 

,                         (10.1.1)

 

где – число коллекторных делений, перекрытых щёткой (щёточное перекрытие);

       – число коллекторных пластин (ламелей) на паз;

          – число пар параллельных ветвей обмотки якоря тягового электродвигателя;

       – число пар главных полюсов тягового электродвигателя;

       – коллекторное деление, пересчитанное на окружность якоря;

       

.

 

 

10.1.2 Расчёт магнитной проводимости пути потока рассеяния для части паза над медью

 

Магнитную проводимость пути потока рассеяния  для части паза над медью определяем по формуле

 

,                                       (10.1.2)

 

где – магнитная проницаемость воздуха, Гн/м;

      – коэффициент, учитывающий увеличение магнитной проводимости от наличия бандажей, в данном курсовом проекте клиновое крепление обмотки, бандаж выполнен из немагнитной стали;

        – высота части паза якоря над медью (сумма толщины клина, прокладок под ним и изоляции верхней части паза над медью), определяемая по эскизу паза якоря ТЭД (рисунок 4.1);

 

.

 

1.  Расчёт магнитной проводимости пути потока рассеяния для части паза, занятой медью секций

 

Магнитную проводимость пути потока рассеяния  для части паза, занятой медью  секций определяем по формуле

 

,                              (10.1.3)

 

где – коэффициент, учитывающий уменьшение потока рассеяния от вытеснения тока в процессе коммутации в верхнюю часть проводников, при их горизонтальном расположении в пазу (укладка «плашмя») и высоте проводника менее 5 мм;

       – высота меди в пазу (высота паза якоря в свету, за вычетом высоты части паза якоря над медью, толщины прокладки и изоляции нижней части паза под медью), определяемая по эскизу паза якоря ТЭД (рисунок 4.1).

 

.

 

1.  Расчёт магнитной проводимости пути потока рассеяния по             коронкам зубцов

 

Магнитную проводимость пути потока рассеяния  по коронкам зубцов   определяем по формуле

 

,                                   (10.1.4)

 

где – ширина наконечника добавочного полюса;

        – воздушный зазор между наконечником добавочного полюса и якорем;

 – коэффициент воздушного зазора, который определяем по формуле

 

,                                (10.1.5)

 

,

 

.

 

1.  Расчёт магнитной проводимости пути потока рассеяния для           лобовых частей обмотки

 

Магнитную проводимость пути потока рассеяния  для лобовых частей обмотки с креплением стеклобандажами, применяемым на современных ТЭД, определяем по формуле

 

,                      (10.1.6)

 

где – длина передней и задней лобовых частей проводников обмотки якоря.

 

.

 

1.  Расчёт удельной магнитной проводимости потока рассеяния паза

 

Удельную  магнитную проводимость потока рассеяния  паза определяем по формуле

,                            (10.1.7)

 

.

 

1.  Расчёт среднего значения реактивной электродвижущей силы

 

Среднее значение реактивной электродвижущей  силы определяем по формуле

 

,                                (10.1.8)

 

где – число витков секции якорной обмотки тягового электродвигателя;

     – окружная скорость коллектора, м/с, которую определяем по формуле

 

,                                    (10.1.9)

 

,

 

.

 

Полученное  значение реактивной электродвижущей  силы по формуле (10.1.9) удовлетворяет  условию: в номинальном режиме работы ТЭД не должна превышать , следовательно, реактивная электродвижущая сила найдена верно.

 

10. Сердечник добавочного полюса

 

Размеры наконечника добавочного полюса определяются шириной зоны коммутации, а сердечника – необходимостью ограничения  индукции в нём в пределах не более  .

В тяговых  электродвигателях пульсирующего тока сердечники добавочных полюсов выполняют шихтованными для ограничения вихревых токов от пульсаций переменной составляющей магнитного потока, затягивающей становление переменной составляющей коммутирующего поля, а в ТЭД постоянного тока сердечники отливают из стали или выполняют из стальных поковок (сплошные).

 

1.  Расчёт индукции в зоне коммутации

 

Исходя  из равенства коммутирующей электродвижущей  силы, создаваемой добавочными полюсами, и реактивной электродвижущей силы, индукцию в зоне коммутации определяем по формуле

 

,                                (10.2.1)

 

где – окружная скорость якоря, м/с, которую определяем по формуле

 

,                                   (10.2.2)

 

,

 

.

 

2.  Расчёт магнитного потока в зоне коммутации

 

Магнитный поток в зоне коммутации определяем по формуле

 

,                                 (10.2.3)

 

где – расчётная дуга наконечника добавочного полюса.

 

.

 

2.  Расчёт магнитного потока в сердечнике добавочного полюса

 

Магнитный поток в сердечнике добавочного  полюса определяем по формуле

 

,                                   (10.2.4)

 

где – коэффициент рассеяния добавочного полюса, для тяговых электродвигателей с компенсационной обмоткой.

 

.

 

2.  Расчёт ширины сердечника добавочного полюса

 

Ширину  сердечника добавочного полюса определяем по формуле

 

,                                (10.2.5)

 

где – допустимая индукция в сердечнике добавочного полюса, принимаем ;

      – длина сердечника добавочного полюса;

       – коэффициент заполнения сталью шихтованного сердечника добавочного полюса ТЭД пульсирующего тока.

 

.

 

2. Проверка ширины сердечника добавочного полюса

 

Ширина  сердечника добавочного полюса должна обеспечивать крепление его к  остову болтами определённого диаметра . Используем болты М20, тогда проверку ширины сердечника добавочного полюса осуществляем по формуле

 

,                          (10.2.6)

 

где – зазор между отверстием под болт и боковой гранью полюса;

     – расстояние от сплошного стержня до боковой грани шихтованного сердечника.

     

,

 

.

 

Полученное  значение не удовлетворяет условию формулы (10.2.6). Значит принимаем ширину сердечника дополнительного полюса .

В данном курсовом проекте сердечник добавочного  полюса проектируемого тягового электродвигателя пульсирующего тока выполнен шихтованным. Листы шихтованного сердечника добавочного полюса набраны на массивный стержень и стянуты заклёпками. В месте соприкосновения сердечника добавочного полюса с остовом расположена диамагнитная прокладка из паронита для исключения наложения магнитных потоков от главных и добавочных полюсов.

Ширина  наконечника добавочного полюса  меньше ширины сердечника, значит, сердечник конструктивно выполняем в соответствии с рисунком 2.37 в, г /2/, а опорные полочки для рамки, удерживающей катушку добавочного полюса, создаём латунными угольниками (из немагнитного материала).

 

10. Параметры катушки добавочного полюса
1. Расчёт магнитодвижущей силы в воздушном зазоре между добавочным полюсом и якорем

 

Магнитодвижущую силу в воздушном зазоре между  добавочным полюсом и якорем  определяем по формуле

 

,                        (10.3.1)

 

.

 

3.   Расчёт магнитодвижущей силы во втором «воздушном» зазоре      между сердечником добавочного полюса и остовом

 

Магнитодвижущую силу во втором «воздушном»  зазоре, который представляет собой  прокладку из немагнитного материала  толщиной , между сердечником добавочного полюса и остовом определяем по формуле

 

,                    (10.3.2)

 

.

 

3.  Расчёт магнитодвижущей силы катушки добавочного полюса

 

Магнитодвижущая сила катушки добавочного полюса  уравновешивает остаток поперечной магнитодвижущей силы якоря, нескомпенсированный магнитодвижущей силой компенсационной обмотки, то есть , и создаёт нужный поток в зоне коммутации, на что требуется магнитодвижущая сила . Тогда магнитодвижущую силу катушки добавочного полюса определяем по формуле

 

,                               (10.3.3)

 

где – магнитодвижущая сила поперечной реакции якоря (7.1.1);

      – магнитодвижущая сила компенсационной обмотки (7.1.2).

 

.

 

3. Расчёт числа витков катушки добавочного полюса

 

Число витков катушки добавочного  полюса тягового электродвигателя определяем по формуле

 

,                                      (10.3.4)

 

где – число параллельных ветвей катушек всех добавочных полюсов.

 

.

 

Рассчитанное число витков катушки добавочного полюса округляем до ближайшего большего целого числа, получаем принятое (округлённое) число витков катушки добавочного полюса .

 

3.  Расчёт сечения проводника катушки добавочного полюса

 

Поперечное сечение медного  проводника катушки добавочного  полюса определяем по формуле

 

,                               (10.3.5)

 

где – плотность тока в меди катушки добавочного полюса в номинальном режиме для крупных тяговых электродвигателей с независимой вентиляцией при изоляции класса F, принимаем