Материал: Расчет электрической передачи тепловоза
(64)
Найденное
число коллекторных пластин проверяется по допустимому среднему напряжению между
ними при максимальном напряжении на зажимах тягового электродвигателя
(65)
Далее
предварительно оцениваем диаметр коллектора, мм,
Dкол = (0,8 - 0,85) Da (66)
Dкол = 0,825 × 560=462 мм.
Определяем коллекторное деление
(60)
Число пазов якоря Z выбираем по графику (рисунок 7) [1]. По условиям симметрии Z/p должно быть числом целым, а для снижения амплитуды пульсаций магнитного потока в воздушном зазоре тягового электродвигателя - нечетным. Принимаем Z = 48.
Число
коллекторных пластин на паз якоря электродвигателя
(67)
Число
пазов уточняем проверкой объема тока по пазу
×nk×ia£1800 A (68)
×4×218,4=1747,2 A.
После
того как все вышеперечисленные условия были удовлетворены, определяем число
проводников якоря окончательно
N = 2×nk×Z (69)
N = 2× 4×50= 400
Определяем принятое ранее значение линейной нагрузки якоря в А/см
(70)
Таким образом,
Основной
магнитный поток тягового электродвигателя, Вб,
(71)
где
Едн - ЭДС тягового электродвигателя в продолжительном
режиме, В,
Едн
= 0,96×Uдн (72)
где Uдн - напряжение на зажимах тягового электродвигателя в продолжительном (номинальном) режиме.
Едн = 0,96×483,3=464 В.
9. Расчёт и построение характеристик тягового электродвигателя
.1 Магнитная характеристика (характеристика холостого хода)
Пересчет универсальной характеристики тепловозного тягового
электродвигателя в натуральные значения производится по формулам:
(73)
(74)
где Фо% - значение основного магнитного потока, %;
Фо - значение основного магнитного потока, Вб;
Iд - ток тягового электродвигателя, А;
Iд % - ток тягового электродвигателя, %.
Расчёт
сводим в таблицу 1, а по её данным строим характеристику холостого хода
тягового электродвигателя. Она изображена на рисунке 6.
Таблица 1 - Расчет магнитной характеристики тягового электродвигателя
|
Iд% ,% |
10 |
30 |
50 |
70 |
100 |
120 |
140 |
160 |
|
Iд ,А |
87,36 |
262 |
436 |
611 |
873 |
1223 |
1398 |
|
|
Ф0%,% |
15 |
55 |
75 |
90 |
100 |
106 |
111 |
114 |
|
Ф0,Вб |
0,022 |
0,081 |
0,11 |
0,132 |
0,147 |
0,156 |
0,163 |
0,167 |
Рисунок 6 -
Характеристика холостого хода тягового электродвигателя
9.2 Скоростная характеристика
Определяем точку продолжительного режима, соответствующую Iд = Iдн, км/ч,
(75)
Задаваясь значениями Iд, определяем соответствующие им значения скорости тепловоза по формулам:
при
полном поле (ПП)
(76)
при
первой ступени ослабления возбуждения (ОП1)
(77)
при
второй ступени ослабления возбуждения (ОП2)
(78)
Расчёт
сводим в таблицу 3, данным строим скоростные характеристики тягового
электродвигателя. Они изображены на рисунке 6.
Таблица 3 - Расчет скоростной характеристики тягового электродвигателя
|
Iд |
0,4Iдн |
0,6Iдн |
0,8Iдн |
1Iдн |
1,2Iдн |
1,4Iдн |
1,6Iдн |
|
v(ПП) |
94,2 |
51,3 |
33,3 |
23,8 |
18,1 |
14,4 |
11,8 |
|
v(OП1) |
140,8 |
76,6 |
49,8 |
35,6 |
27,1 |
21,5 |
17,6 |
|
v(ОП2) |
210,6 |
114,6 |
74,4 |
53,3 |
40,5 |
32,2 |
26,3 |
9.3 Тяговая характеристика электродвигателя
Расчетная сила тяги электродвигателя в продолжительном режиме
(79)
где hоб.к.н.=hдн×hз=0,92×0,99=0,911 - КПД тягового двигателя на ободе колеса
в продолжительном режиме.
Задаваясь значениями тока якоря двигателя такими же, как и в случае определения скоростных характеристик, вычисляем соответствующие значения силы тяги двигателя по формулам:
при
полном поле (ПП):
(80)
при
первой ступени ослабления возбуждения (ОП1):
(81)
при
второй ступени ослабления возбуждения (ОП2):
(82)
Расчёт
сводим в таблицу 4, а по её данным строим тяговые характеристики тягового
электродвигателя. Они изображены на рисунке 7.
Таблица 4 - Расчет тяговой характеристики тягового электродвигателя
|
Iд |
0,4 |
0,6 |
0,8 |
1 |
1,2 |
1,4 |
1,6 |
|
Fд(ПП) |
14,7 |
27 |
41,6 |
58,1 |
76,4 |
96,3 |
117,6 |
|
Fд(ОП1) |
9,8 |
18,1 |
27,8 |
38,9 |
51,1 |
64,4 |
78,7 |
|
Fд(ОП2) |
7,3 |
13,3 |
20,5 |
28,7 |
37,7 |
47,5 |
58,1 |
9.4 Характеристика КПД тягового электродвигателя
КПД тягового электродвигателя в функции тока якоря рассчитывается по
аппроксимирующей формуле
(83)
где Iд - ток якоря двигателя в %.
Расчёт сводим в таблицу 5, а по её данным строим характеристики КПД
тягового электродвигателя. Они изображены на рисунке 7.
Таблица 5 - Расчет характеристики КПД тягового электродвигателя тепловоза
|
Iд, % |
40 |
60 |
80 |
100 |
120 |
140 |
160 |
180 |
|
η(ПП) |
0,879 |
0,902 |
0,905 |
0,893 |
0,87 |
0,841 |
0,809 |
0,78 |
|
η(ОП1) |
0,906 |
0,94 |
0,952 |
0,948 |
0,93 |
0,904 |
0,875 |
0,846 |
|
η(ОП2) |
0,896 |
0,934 |
0,951 |
0,949 |
0,935 |
0,912 |
0,884 |
0,857 |
Рисунок 7 - Рабочие характеристики тепловозного тягового электродвигателя
10. Расчёт и построение тяговой характеристики тепловоза по рабочих характеристикам тягового электродвигателя
Для расчета и построения тяговой характеристики тепловоза по рабочим характеристикам тягового электродвигателя пользуемся графическим методом.
Задаемся значением скорости тепловоза, сносим точку скорости по
горизонтали на скоростную характеристику, соответствующую режиму работы
тягового электродвигателя (ПП, ОП1, ОП2), далее по вертикали сносим точку на
соответствующую тяговую характеристику электродвигателя (ПП, ОП1, ОП2) и,
проведя горизонтальную линию с осью ординат Fд, определяем соответствующую этой скорости силу тяги,
развиваемую двигателем на ободе колеса. Касательную силу тяги тепловоза
определяем, умножив Fд на число
тяговых двигателей тепловоза
(84)
Расчёт
сводим в таблицу 6.
Таблица 6 - Расчет тяговой характеристики тепловоза
|
|
ПП |
ОП1 |
|||||||||||||||||||||
|
V |
10 |
14.4 |
20 |
23.8 |
30 |
34.3 |
40 |
45 |
50 |
55 |
60 |
63.9 |
|||||||||||
|
Fд |
140 |
104 |
75 |
62.5 |
49 |
42 |
35 |
34 |
30 |
28.5 |
25.5 |
23.5 |
|||||||||||
|
Fк |
840 |
624 |
450 |
375 |
294 |
252 |
210 |
204 |
180 |
171 |
153 |
141 |
|||||||||||
|
N |
2333 |
2496 |
2500 |
2479 |
2450 |
2401 |
2333 |
2550 |
2500 |
2612 |
2550 |
2503 |
|||||||||||
|
V |
70 |
75 |
80 |
85 |
90 |
95 |
100 |
105 |
110 |
115 |
119 |
120 |
|||||||||||
|
Fд |
22,5 |
20,5 |
20 |
19 |
18 |
17,5 |
16,5 |
15,5 |
14 |
13,5 |
13 |
12,5 |
|||||||||||
|
Fк |
135 |
123 |
120 |
114 |
108 |
105 |
99 |
93 |
84 |
81 |
78 |
75 |
|||||||||||
|
N |
2625 |
2563 |
2667 |
2692 |
2700 |
2771 |
2750 |
2712 |
2567 |
2587 |
2578 |
2500 |
|||||||||||
На график тяговой характеристики тепловоза наносим:
- кривую ограничения по сцеплению, рассчитываемую по формуле,
(85)
где yк - расчетный коэффициент по сцеплению:
(86)
- линию ограничения силы тяги по максимальному току тягового генератора (по условию коммутации тяговых электрических машин), соответствующую Vок и определяемую по токовой регулировочной характеристике как скорость, при которой Iг =Iгmax;
- линию продолжительного режима (ограничение по нагреву электрических машин), соответствующую Fк=Fкр;
- линию ограничения тяговой характеристики по конструкционной скорости v=vmax.
На этом же планшете для каждого из режимов наносим кривые мощности
тепловоза в функции скорости. Расчет ведем по формуле
(87)
На рисунке 8 представлена тяговая характеристика тепловоза и зависимость
Nк=f(v).
Рисунок 8 - Тяговая характеристика тепловоза и зависимость Nк=f(v)
11. Тормозные характеристики электрической передачи мощности тепловоза
При переводе тяговых электродвигателей в тормозной режим они отключаются от тягового генератора, их якорные обмотки присоединяются к тормозным резисторам, а обмотки возбуждения к источнику питания.
Тяговый электродвигатель в тормозном режиме, также как и в тяговом, имеет ряд ограничений, которыми определяются пределы регулирования тормозной силы, поэтому тормозные характеристики разделяют на два вида: предельные (ограничивающие) и регулировочные (частичные).
Предельные характеристики определяются некоторыми максимально допустимыми параметрами электрического торможения, к которым относятся:
- максимальный ток возбуждения тягового двигателя, допустимый по условиям нагревания катушек главных полюсов;
- максимальный тормозной ток, ограничиваемый нагреванием обмотки якоря тягового электродвигателя и тормозных резисторов;
- максимальная тормозная сила по условиям сцепления колес с рельсами;
- максимальное значение реактивной ЭДС в секции обмотки якоря.
В курсовой работе необходимо определить предельные характеристики
электрического тормоза тепловоза по первым трем параметрам. Максимальный ток
возбуждения и максимальный тормозной ток (максимальный ток якоря) принимаются
равными току продолжительного режима тягового электродвигателя. Поэтому сила
торможения будет равна силе тяги продолжительного режима
(88)