Дипломная работа: Расчет параметров тягового электродвигателя

🛑 👉🏻👉🏻👉🏻 ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻

1 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОВОЗА И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ
1.1 Выбор расчетных сил тяги и скорости тепловоза
1.2 Выбор типа электрической передачи и схемы соединения ТЭД
1.3 Определение основных расчетных параметров электрических машин
1.4 Определение основных размеров ТЭД
1.5 Определение главных размеров синхронного генератора
1.6 Определение параметров зубчатой передачи
1.7 Определение габаритных размеров
2.2 Расчет числа пазов, параметров обмотки якоря
2.3 Расчет коллекторно-щеточного узла
2.5 Расчет магнитных напряжений участков магнитной цепи
2.6 Расчет главных полюсов, коммутации и добавочных полюсов
2.7 Определение к.п.д. при длительном режиме работы
3 РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТЭД, СГ И ТЕПЛОВОЗА
3.1 Внешняя характеристика генератора
3.3 Электромеханические характеристики ТЭД
3.5. Тяговая характеристика тепловоза
4 РАСЧЕТ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЭД И СГ
1.1 Выбор расчетных сил тяги и скорости тепловоза
Длительная сила тяги и скорость определяют массу поезда и среднюю техническую скорость локомотива, а в конечном итоге, его производительность, поэтому нахождение оптимальных значений этих величин является одной из важнейших задач.
Длительная сила тяги тепловоза определяется по формуле:
где N дг.
– свободная мощность тепловоза, передаваемая генератору, рассчи-
N всп.
– мощность, расходуемая на привод вспомогательных агрегатов
тепловоза, определяется по формуле:
Подставляя численные значения, получаем:
Тогда подставляя численные значения в (2), получаем:
h п
– к.п.д. электрической передачи, определяется по формуле:
h г
, h тд
, h зп
– к.п.д. соответственно генератора, тягового электро-
двигателей, зубчатой передачи, принимаем h г
= 0,95,
Подставляя численные данные, получаем:
u дл
– длительная скорость тепловоза, u дл
= 30 км/ч.
Тогда подставляя численные значения в (1), получаем:
Определим коэффициент тяги на расчетном подъеме по следующей формуле:
Подставляя численные значения, получаем:
Полученный коэффициент тяги входит в рекомендуемый предел значения коэффициента тяги для грузового тепловоза.
1.2 Выбор типа электрической передачи и схемы соединения ТЭД
Предельная мощность тепловозного генератора постоянного тока определяется из условий удовлетворительной коммутации критерием Касьянова, который соответствует выражению:
где Р г
– мощность генератора, которую можно рассчитать по формуле:
Подставляя численные значения, получаем:
Тогда подставляя численные значения в (6), получаем:
Схема соединения электродвигателей выбирается таким образом, чтобы обеспечить необходимые тяговые свойства тепловоза. На выбор электрической схемы соединений ТЭД оказывает влияние максимальная скорость тепловоза , при которой должна использоваться полная мощность силовой установки. Скорость максимального использования мощности для грузовых тепловозов принимается . При выборе схемы соединения ТЭД необходимо последовательно исследовать возможность применения различных вариантов в порядке возрастания их сложности. Критерием применимости той или иной схемы является величина скорости полного использования мощности силовой установки тепловоза. Если схема обеспечивает достижение тепловозом скорости , равной или большой заданной, то она может быть применена. В противном случае необходимо исследовать следующий по сложности вариант. Таким образом, задача сводиться в определении скорости .
Для начала рассчитаем постоянную схему соединений ТЭД с ослаблением поля:
Максимальную скорость полного использования мощности тепловоза в этом случаем, определим по формуле:
где a - коэффициент ослабления возбуждения;
К 2
г.дл
– коэффициент регулирования генератора;
К г
оп
– степень насыщения магнитной системы электродвигателей при
длительном режиме по сравнению с режимом ослабленного поля
Задаваясь коэффициентом ослабления a = 0,28 и выбирая две ступени ослабления, определяем коэффициент К г.дл
=1,4.
Степень насыщения определяем с помощью кривой намагничивания:
Тогда подставляя численные данные в (8), получаем:
1.3 Определение основных расчетных параметров электрических машин
Максимальное напряжение тепловозного генератора принимаем следующим: U г.max
= 800 В.
Максимальному напряжению генератора соответствует минимальный ток генератора, при котором еще полностью используется мощность дизеля, определяется по формуле:
где Р ’
г
– мощность генератора при минимальном токе I г.
min
:
Тогда минимальный ток генератора будет:
Напряжение и ток при длительном режиме работы тепловоза:
где Р г.дл
= N дг
×h ’
г
= 2646×0,95 = 2514 кВт.
Тогда подставляя численные данные в (11) и (12), получаем:
Максимальный пусковой ток принимают, исходя из перегрузочной способности электрических машин, равным
Тогда подставляя численные значения, получаем:
Минимальное напряжение генератора определяется по формуле:
где Р ’’
г
– мощность генератора при максимальном токе:
Р ’’
г
= N дг
×h ’’
г
= 2646×0,94 = 2487 кВт.
Тогда подставляя численные значения, получаем:
Максимально допустимый ток по условию коммутации рассчитывается по следующей формуле:
I г.ком
» 2×I г.дл
= 2×4400 = 8800 А.
Так как у меня в курсовом проекте 8 параллельно соединенных ТЭД, то:
Длительная мощность электродвигателя определятся по формуле:
Р д.дл
= U д.дл
×I д.дл
×10 –3
. (15)
Подставляя численные значения, получаем:
1.4 Определение основных размеров тягового электродвигателя
Основные размеры электрических машин можно определить из выражения:
a t
- расчетный коэффициент полюсного перекрытия, принимаем a t
= 0,6;
К об
– обмоточный коэффициент обмотки статора;
А – линейная нагрузка якоря, принимаем А= 375 А/см;
В d
- магнитная индукция в воздушном зазоре, В d
= 0,98 Тл;
Для тягового электродвигателя Р р
= Р дл
и w р
= w д.дл
, а частота вращения двигателя в свою очередь определяется по следующей формуле:
где u а
.max
– максимально допустимая окружная скорость якоря, принимаем
D а
– диаметр якоря двигателя, принимаем D а
= 0,56 м.
Подставляя это в выражение (16) и учитывая, что для машин постоянного тока К в
×К об
= 1, получаем:
Подставляя численные значения, получаем:
1.5 Определение главных размеров синхронного генератора
Расчетная электромагнитная мощность определяется по следующей формуле:
где К е
– коэффициент зависящий от заданного cos jи от индуктивного
Подставляя выражение (19) в формулу (16) и учитывая, что w г.р
= w г.
max
, получим:
При расчете принимаем a t
= 0,72; К в
= 1,11; К об
= 0,972; В d
max
= 0,98 Тл; А = 600 А/см; cosj = 1,06.
Тогда подставляя численные значения, получаем:
Принимаем, что диаметр якоря генератора равен: 1,2 м, тогда выразив из (20) получаем, что длина якоря равна: 0,53 м.
1.6 Определение параметров зубчатой передачи
На современных тепловозах в основном применяется индивидуальный привод колесных пар, при котором каждая движущая ось через зубчатый редуктор связана со своим отдельным ТЭД.
Так как конструкционная скорость тепловоза равна 115 км/ч, то принимаем опорно-рамную подвеску ТЭД.
Передаточное отношение зубчатой передачи определим по формуле:
где w - частота вращения оси колесной пары.
Подставляя численные значения, получаем:
Полученное передаточное отношение проверяем на возможность размещения зубчатой передачи.
Максимально возможное по условиям размещения передаточное отношение определяется по формуле:
Минимальное число зубьев малой шестерни определяется по формуле:
где d z.min
– минимальный диаметр делительной окружности шестерни;
Крутящий момент определяется по формуле:
где w д.дл
– частота вращения двигателя в длительном режиме, определяется
Тогда подставляя численные значения, получаем:
По значению крутящего момента определяем: d z.min
= 160 мм и m = 10.
Тогда подставляя численные значения в (23), получаем:
Максимально возможный диаметр делительной окружности зубчатого колеса определяется по формуле:
где b – расстояние между нижней точкой поверхности кожуха зубчатой
передачи и головки рельса, принимаем 150 мм;
b 1
– минимальное расстояние между делительной окружностью зубчатого
колеса и нижней поверхностью кожуха, принимаем 17 мм.
Тогда подставляя численные значения, получаем:
D z.max
= 1,25 – 2(0,15 – 0,017) = 0,915 м.
Максимально возможное число зубьев большого колеса определяется по следующей формуле:
Подставляя численные значения, получаем:
Тогда подставляя численные данные в (22), получаем, что:
Так как m 1,8 Тл, то считается, что магнитный поток проходит как по зубцам, так и частично по пазам. Полученная в этом случае индукция является кажущейся, а действительное ее значение определяется с учетом ответвления магнитного потока в паз. Величина этого ответвления зависит от насыщения зубцового слоя и от соотношения размеров по ширине зубца и паза, что определяется коэффициентом формы зубца якоря:
Подставляя численные значения, получаем:
Тогда действительная индукция в зубце будет:
где m 0
– магнитная постоянная, m 0
= 1,25 Гн/см.
определяют по полученному ранее значению индукции по кривой намагничивания для выбранной марки электротехнической стали, которая представлена в табличной форме в приложении 4, , = 400 А/см.
Находим магнитное напряжение в зубце
Подставляя численные значения, получаем:
Подставляя численные значения, получаем:
Сердечник якоря. Для принятого ранее значения индукции в сердечнике якоря В а
по кривым намагничивания, приведенным в приложении 4, , находим напряжённость магнитного поля Н а
.
Магнитное напряжение в сердечнике якоря
где L a
– длина средней силовой линии в сердечнике якоря, определяется по
Подставляя численные значения, получаем:
По приложению 4, , для стали 1312 находим Н а
= 14 А/см. Тогда
Сердечник главного полюса обычно изготавливают наборным из штампованных листов малоуглеродистой стали Ст2.
Для принятого ранее значения индукции в сердечнике полюса по кривым намагничивания (приложение 4 ) находим напряженность магнитного поля Н т
= 70,5 А/см.
Магнитное напряжение в сердечнике полюса определяется по формуле:
где h т
– предварительно принятая ранее высота полюса, 8,8 см.
Тогда подставляя численные значения, получаем:
Станина двигателя обычно выполняют литым из стали 25 Л.
Для принятого ранее значения индукции в станине В ст
по кривым намагничивания (приложение 4 ) находим напряженность магнитного поля Н ст
= 39 А/см.
Магнитное напряжение в сердечнике полюса определим по следующей формуле:
где L ст
– длина средней силовой магнитной линии в станине, определяется
Подставляя численные значения, получаем:
Тогда подставляя численные значения в (124), получаем:
Общая МДС магнитной цепи определяется по формуле:
F о.дл.
= F d
+ F z
+ F a
+ F т
+ F ст
. (126)
Подставляя численные значения, получаем:
F о.дл.
= 1216+274,4+620,4+1201,2+7258 = 10600 А.
В правильно рассчитанном двигателе коэффициент насыщения в продолжительном режиме должен быть:
к н
= F о.дл.
/F d
= 1,5…2,0. (127)
Подставляя численные значения, получаем:
Расчет размагничивающего действия реакции якоря производим по методу А.Б.Иоффе.
Для компенсации размагничивающего действия реакции якоря соответствующая МДС определяется по формуле:
где к р
– коэффициент размагничивания, к р
= 0,15;
F ря
– реакция якоря, определяется по следующей формуле:
Подставляя численные значения, получаем:
Тогда подставляя численные данные в (128), получаем:
Результаты расчета магнитной цепи для продолжительного режима целесообразно свести в таблицу 2.
Таблица 2 – Расчет магнитной цепи для продолжительного режима
2.6 Расчет главных полюсов, коммутации и добавочных полюсов
Требуемое число витков катушки главных полюсов определим по формуле:
Подставляя численные значения, получаем:
Поперечное сечение меди катушки определим по следующей формуле:
где j в
– плотность тока в проводниках обмотки, принимаем 6 А/мм 2
.
Тогда подставляя численные значения, получаем:
Средняя величина реактивной ЭДС за цикл коммутации в продолжительном режиме определяется по формуле:
e r.
ср
.
= 2W c
×A×ℓ a
×u а
.
дл
.
×l п
×10 -6
. (132)
Подставляя численные значения, получаем:
e r
.ср.
= 2×1×389×44×18×2,68×10 -6
= 1,65 В < 6 В.
Длину сердечника добавочного полюса принимаем равной длине сердечника якоря, ℓ а
= ℓ т.д.
= 44 см.
Коммутирующая ЭДС как ЭДС вращения определяется по формуле:
е к
= 2W c
×В к
×ℓ a
×u а.дл.
×10 -2
, (133)
где В к
– индукция в зоне коммутации.
Исходя из условия, что е к
= е r
.ср.
, определяем В к
:
Подставляя численные значения, получаем:
Магнитный поток в зоне коммутации определим по формуле:
Ф к
= В к
×ℓ а
×b d
д
×10 -4
, (135)
где b d
д
– расчетная дуга наконечника добавочного полюса, определяется
b д
– ширина наконечника добавочного полюса, принимаем
b д
= 1,1…1,5×t 1
= 1,3×2,8 = 3,64 см.
d д
– воздушный зазор под добавочным полюсом со стороны якоря,
Подставляя численные значения в (136), получаем:
Тогда магнитный поток в зоне коммутации будет:
Ф к
= 0,104×44×5,89×10 -4
= 0,0027 Вб.
Магнитный поток в сердечнике полюса определим по формуле:
где Ф d
д
– магнитный поток рассеяния добавочного полюса.
Коммутирующий магнитный поток Ф к
значительно меньше магнитного потока в сердечнике полюса
где s д
– коэффициент рассеяния добавочного полюса, принимаем s д
= 3.
Подставляя численные значения, получаем:
Тогда из выражения (137) выразим магнитный поток рассеяния добавочного полюса Ф d
д
:
Ф d
д
= Ф тд
– Ф к
= 0,081 – 0,027 = 0,054 Вб.
Индукцию в сердечнике полюса при номинальном токе продолжительного режима принимаем В тд
= 0,6 Тл.
Ширина сердечника добавочного полюса будет:
Подставляя численные значения, получаем:
Для снижения вероятности возникновения кругового огня на коллекторе при резких бросках тока у добавочных полюсов предусматривают второй воздушный зазор со стороны, выполненный с помощью немагнитных прокладок. Величина этого зазора принимаем d д
’ = 0,3…0,5×d д
= 0,4×9 = 3,6 мм.
МДС на один полюс определим по следующей формуле:
Тогда подставляя численные значения, получаем:
Число витков катушки добавочного полюса определим по формуле:
Подставляя численные значения, получаем:
Степень компенсации поля реакции якоря будет:
Подставляя численные значения, получаем:
Площадь сечения проводника катушки добавочного полюса определим по следующей формуле:
где j д
– допустимая плотность тока, принимаем j д
= 5 А/мм 2
.
Подставляя численные значения, получаем:
2.7 Определение коэффициента полезного действия при
Коэффициент полезного действия тягового двигателя в длительном режиме определяется по следующей формуле:
где åDР д
– сумма потерь в двигателе.
Потери в меди обмоток якоря, главных и добавочных полюсов определяют при температуре обмоток t г
°
=115°С по следующей формуле:
где r at
, r гп
t
, r дп
t
– соответственно сопротивления обмоток якоря, главных и
добавочных полюсов при t г
°
=115°С, которые рассчитываются
где r it
– сопротивление i-той обмотки при температуре t г
°
=115°С;
r ix
– сопротивление i-той обмотки при температуре t г
°
= 20°С, берем по
двигателю-аналогу r а
t
= 0,013 Ом, r гп
t
= 0,0105 Ом, r дп
t
= 0,00821 Ом;
a о
– температурный коэффициент меди при 0°С, принимаем a о
= 1/235.
Подставляя численные значения, получаем:
Тогда подставляя численные данные в (145), получаем:
Магнитные потери при холостом ходе (потери в стали).
Основные потери в стали, состоят из потерь на гистерезис и вихревые токи, которые определяются по следующей формуле:
где к х
– коэффициент потерь в стали, зависящий от ее марки, принимаем 2,3;
p Z
, p a
– соответственно удельные потери в зубцах и сердечнике якоря,
определяются по следующим формулам:
Подставляя численные значения, получаем:
m Z
, m а
– соответственно масса стали зубцов и сердечника якоря, определяются
где g с
– плотность стали, принимаем g = 7,85 г/см 3
;
b Z
½
- ширина зубца на высоте ½ от основания, определяется по формуле:
Подставляя численные значения, получаем:
Тогда подставляя численные значения в (150) и (151), получаем:
Таким образом, магнитные потери в стали будут:
Добавочные потери при нагрузке включают в себя: потери в меди и потери в стали, вызванные искажением магнитного поля реакцией якоря.
Добавочные потери при нагрузке определим по следующей формуле:
где к доб
– коэффициент добавочных потерь, принимаем по таблице 3.1 в
зависимости от тока двигателя по отношению к номинальному
значению. Так как I д
/I д.дл
= 1, то к доб
= 0,3.
Подставляя численные значения, получаем:
Потери в переходных контактах щеток определим по следующей формуле:
где DU щ
– падение напряжения в переходных контактах щеток, принимаем в
зависимости от марки щеток. Для щетки ЭГ74АФ: DU щ
= 2,3 В.
Подставляя численные значения, получаем:
1)потери в подшипниках и на трение якоря о воздух определяется по следующей формуле:
Подставляя численные значения, получаем:
2)потери на трение щеток с коллектором определяется по формуле:
DР к
= 100×åS щ
×F щ
×f тр
×u к
×2р щ
, (154)
где åS щ
– общая площадь прилегания щеток к коллектору;
F щ
– удельное давление на щетки, принимаем F щ
= 0,035 МПа;
f тр
– коэффициент трения щеток по коллектору, принимаем f тр
= 0,15;
u к
– окружная скорость коллектора.
Подставляя численные значения, получаем:
DР к
= 100×18,3×0,035×10 6
×0,15×53×4 = 2037 Вт.
åDР д
= DР м
+ DР ст
+ DР доб
+ DР щ
+ DР тр
+ DР к
. (155)
Подставляя численные значения, получаем:
åDР д
= 12917+641+192,3+1265+0,63+2037 = 17053 Вт.
Тогда коэффициент полезного действия тягового двигателя будет:
3 РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ,
3.1 Внешняя характеристика генератора
Внешняя характеристика генератора U г
= f(I г
) имеет вид гиперболы и строиться по трем точкам с координатами:
I г.
min
, U г.
max
; I г.дл
, U г.дл
; I г.
max
, U г.
min
.
Справа и сверху она ограничивается отрезками, соответствующими ограничениями по максимальному току и напряжению генератора.
3.2 Характеристика намагничивания ТЭД
Выполнение расчета магнитной цепи позволило определить значение МДС, необходимой для создания магнитного потока продолжительного режима.
Задаваясь и другими значениями магнитного потока (0,4Ф д.дл
; 0,6Ф д.дл
; 0,8Ф д.дл
; 1,15Ф д.дл
), определим МДС главных полюсов F о
i
, необходимые для проведения указанных потоков по магнитной цепи двигателя.
Таблица 3 – Расчет характеристики намагничивания
3.3 Электромеханические характеристики ТЭД
Построение электромеханических характеристик производится с использованием универсальной характеристикой намагничивания.
Построим в абсолютных единицах по нескольким точкам скоростную и моментную характеристики, как для полного поля, так и для ослабленного поля:
Вначале при постоянном напряжении на зажимах ТЭД, а затем – при напряжении, изменяющемся в соответствии с внешней характеристикой генератора.
Расчет производим по методике, указанной в и данные расчета сведем в таблицу 4.
Для построения разгонных характеристик рассчитаем скорости переходов с ПП на ОП1, с ОП1 на ОП2. А также значение токов и напряжений при переходе.
Скорость на ободе колеса определяется по формуле:
Подставляя численные значения, получаем:
Скорость перехода ПП на ОП1 определяется по эмпирической формуле:
Подставляя численные значения, получаем:
Подставляя численные значения, получаем:
Значения токов и напряжений при полном и ослабленном полем определим по следующим эмпирическим формулам:
где u - текущая скорость, при расчете разгонных характеристик она задается
3.5 Тяговая характеристика тепловоза
Тяговую характеристику тепловоза строим по данным таблицы 4. Для выбранных режимов ТЭД (ПП, ОП1, ОП2) берем из таблицы соответствующие определенным токам значения силы тяги, умножаем на число ТЭД, и скорости и отлаживаем их в координатах u, F к
.
В результате для каждого из режимов работы получаем свою кривую F к
= ¦(u).
Тяговая характеристика ограничивается справа максимальной скоростью, а сверху – силой тяги по сцеплению. Кривая силы тяги по сцеплению строится в соответствии с формулой:
Задаваясь различными значениями u, находим по формуле (163) – y к
и затем по формуле (162) – F к.сц
.
На тяговой характеристики наносим ограничения силы тяги по длительному току и максимальному току.
Построим также характеристику мощности тепловоза для каждого из режимов работы по формуле:
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ И СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА
Технико-экономические показатели позволяют делать укрепленную оценку расхода активных материалов на электрическую машину данного типа.
Масса тягового электродвигателя и синхронного генератора определяется по следующей формуле:
где К m
– коэффициент пропорциональности, принимаем для ТЭД К m
= 10,
Подставляя численные данные, получаем
Удельная масса проектируемых машин определяется по следующим формулам:
Подставляя численные значения, получаем:

Название: Расчет параметров тягового электродвигателя
Раздел: Промышленность, производство
Тип: дипломная работа
Добавлен 22:12:11 18 марта 2007 Похожие работы
Просмотров: 557
Комментариев: 17
Оценило: 3 человек
Средний балл: 5
Оценка: неизвестно   Скачать

Прокладки на дно, между катушками и под клин
Размагничивающая сила реакции якоря
Суммарная намагничивающая сила F 0
i

Срочная помощь учащимся в написании различных работ. Бесплатные корректировки! Круглосуточная поддержка! Узнай стоимость твоей работы на сайте 64362.ru
Привет студентам) если возникают трудности с любой работой (от реферата и контрольных до диплома), можете обратиться на FAST-REFERAT.RU , я там обычно заказываю, все качественно и в срок) в любом случае попробуйте, за спрос денег не берут)
Да, но только в случае крайней необходимости.

Дипломная работа: Расчет параметров тягового электродвигателя
Курсовые По Педагогической Психологии
Курсовая работа по теме Организация социальной деятельности нефтегазового бизнеса России
Реферат: Edgar Allan Poe Essay Research Paper Edgar
Курсовая Работа На Тему Анализ Современного Развития Менеджмента
Доклад по теме Валентин Распутин (биография)
Контрольная Работа По Теме Россия
Парк Поздней Осенью Сочинение
Реферат по теме Понятие преступления. Криминализация и декриминализация деяний
Реферат: Финансовая несостоятельность предприятия
Курсовая Работа На Тему Современная Роль Государства В Реализации Финансовой Политики (Республика Беларусь)
Изменение и расторжение договора
Контрольная работа по теме Приемы проведения бухгалтерского учета
Реферат по теме Практический психолог и эффективность кадров. Исследование расхождений в представлениях об основных составляющих профессии между студентами и педагогическим коллективом вуза с целью оптимизации учебного процесса
Сочинение Что Такое Доброта 9 Класс 9.3
Социально Экономическая Стратификация Общества Реферат
Курсовая работа: Акціонерні товариства
Дипломная работа по теме Кастрация баранов бескровными способами
Реферат по теме Аппараты для кристаллизации расплавов
Контрольная работа по теме Свободомыслие в эпоху Возрождения
Измерение Вязкости Жидкости Лабораторная Работа
Реферат: Вершины карьеры не предел развития
Доклад: Ершов Иван Васильевич
Реферат: Налоги в системе финансовой поддержки малых предприятий