Расчет параметров тягового электродвигателя

Тогда подставляя численные значения в (53) , получаем:

Средняя величина реактивной ЭДС за период коммутации будет:

(55)

Подставляя численные значения, получаем:

Шаг по коллектору, равный результирующему шагу по элементарным пазам Zэ = К, определяется так:

Для улучшения коммутации и уменьшения расхода меди обмотки якоря ТЭД выполняют укороченными.

Шаг по реальным пазам

(56)

где eп – пазовое укорочение шага.

Подставляя численные значения, получаем:

Первый частичный шаг по элементарным пазам

(57)

Подставляя численные значения, получаем:

Второй частичный шаг по элементарным пазам

(58)

Подставляя численные значения, получаем:

Сопротивление обмотки якоря при 20° С

(59)

где r – удельное электрическое сопротивление меди при 20° С,

r = 0,0175 Ом×мм2/м;

Sla – суммарная длина проводников одной параллельной ветви обмотки,

которая определяется по формуле:

(60)

где ℓп – полная длина одного проводника обмотки, которая определяется по

формуле:

(61)

Таким образом,

Тогда подставляя численные значения в (60) и (59) , получаем:

Шаг уравнительных соединений в коллекторных делениях:

укр = К/р = 248/2 = 124.

Площадь сечения уравнителя определим по следующей формуле:

Sу = 0,3…0,35×Sа. (62)

Подставляя численные значения, получаем:

Sу = 0,3×22,04 = 6,61 мм2.

Толщину проводника уравнителя принимаем равной толщине проводника обмотки якоря, что упрощает соединение уравнителя с коллектором.

2.1 Расчет коллекторно-щеточного узла

Число щёткодержателей обычно равно числу главных полюсов.

Контактная площадь щёток одного щёткодержателя

(63)

где jщ – допускаемая плотность тока под щёткой, А/см2.

В зависимости от типа и характеристик щёток

jщ = 9 ¸ 18 А/см2. (64)

По рекомендациям , выбираем щётку марки ЭГ74АФ. Допускаемое давление на щётку 15 ¸ 21 кПа, падение напряжения 2,3 В, jщ = 15 А/см2. Тогда

Наиболее важно правильно выбрать ширину щётки, которая влияет на ширину зоны коммутации, а последняя на степень использования активного слоя машины.

Из практики электромашиностроения установлено, что приемлемая величина щёточного перекрытия

(65)

где bщ – ширина щётки, мм.

Отсюда

bщ = g×tк. (66)

Обычно для тяговых двигателей

g = 2,5 ¸ 6. (67)

Принимаем g = 4, тогда

bщ = 4×4 = 16 мм.

Принимаем bщ = 16 мм.

Ширину зоны коммутации определяют по известной формуле

(68)

где eк – укорочение обмотки в коллекторных делениях;

t¢к – коллекторное деление, пересчитанное на окружность якоря, мм,

(69)

(70)

Подставляя численные значения, получаем:

Тогда подставляя численные значения в (68), получаем:

Максимально допустимая ширина щётки

(71)

Выполняем щётку разрезной; принимаем стандартную ширину щётки по ГОСТ 12232-89; bщ = 2´25 мм.

Общая длина щёток одного щёткодержателя

(72)

Для уменьшения инерционности щёток, их чувствительности к вибрациям и геометрии коллектора щётки следует принимать меньшей длины и массы, поэтому их делят по длине на Nщ щёток. Принимаем Nщ = 2.

Намечаемая длина щётки

(73)

По ГОСТ 12232-89 принимаем ℓщ = 60 мм.

Плотность тока в щётке

(74)

Подставляя численные значения, получаем:

Полученная величина плотности тока в щётке входит в заданный диапазон для выбранной марки щётки, т. е. выбранная марка щётки удовлетворяет условию по коммутации.

Рабочая длина коллектора

(75)

где ℓ1 – толщина перемычки щёткодержателя между “окнами” щёток, ℓ1 = 4 мм;

rкр – радиус закругления краёв рабочей поверхности коллектора, rкр = 2 мм;

ℓ2 – допуск на осевое перемещение якоря, ℓ2 = 2 мм;

Подставляя численные значения, получаем:

Достаточность рабочей длины коллектора для его охлаждения оценивается по эмпирической формуле без учёта механических потерь

(76)

Подставляя численные значения, получаем:

Остальные размеры коллектора: ширину канавки у петушков для выхода шлифовального круга и фрезы для продорожки ℓкн и ширину петушков коллектора ℓпт принимают по опыту проектирования ТЭД: ℓкн = 10 мм; ℓпт = 20 мм.

Тогда общая длина коллекторных пластин

Lко = Lк + ℓкн + ℓпт , (77)

Подставляя численные значения, получаем:

Lко = 156 +10 + 20 = 186 мм.

2.4 Разборка эскиза магнитной цепи

Основной магнитный поток, с целью проверки правильности расчёта, определяем по двум формулам:

Фд дл = at×Bd×t×ℓа×10-4; (78)

(79)

Обычно Ед дл = (0,95 ¸ 0,96)×Uд дл.

Подставляя численные значения, получаем:

Сердечник якоря.

Принимаем восьмигранную форму остова, 2р = 4.

Эффективная высота сечения сердечника (ярма) якоря

(80)

где Кс – коэффициент заполнения сердечника сталью, учитывающий изоляцию

между листами сердечника якоря; Кс = 0,97;

Ва – индукция в сердечнике якоря, Ва = 1,5Тл.

Подставляя численные значения, получаем:

Так как в сердечнике якоря имеются вентиляционные каналы, поэтому конструктивная высота сердечника якоря будет больше в радиальном направлении на величину, определяемую по эмпирической формуле:

(81)

где dк – диаметр вентиляционных каналов, dк = 3 см;

mк – число рядов каналов; mк = 3.

Подставляя численные значения, получаем:

Каналы размещают в шахматном порядке с шагом внешнего ряда 9 см.

Внутренний диаметр сердечника якоря

(82)

Подставляя численные значения, получаем:

Так как Dа = 56 см, то, руководствуясь рекомендациями , втулку якоря не применяем.

Воздушный зазор под главными полюсами машины.

Этот размер оказывает большое влияние на эксплуатационные характеристики двигателя.

Воздушный зазор под серединой полюса