Характеристики мощности ТЭД при разл схемах возбуждения и степени насыщения

Хар-ка мащности представляет собой зависимость реализуем мощности Р_к или потребляемой от скорости движения U_д=const

Р=U_дI_дh_д, Р_к=F_кV*10^-3

F_к-касательная сила тяги.Св-ва тяговых двигатдля различных схем возбуждения идеальная мощность идеального двигателя и одной и тойже номинальной мощности.

Р_вн-при высокой степени

насыщенности

Р_еи-идеальная мощность

идеального двигателя

Р_пи- идеальная пусковая

мощность

Р_пм- пусковая мощность

малого насыщения

Р_пв- пусковая мощность

высокого насыщения

Р_пн- пусковая мощность

смешенного возбуждения

Р_пм- пусковая мощность

независимого возбуждения

1-участок разгона

2-участок постоянной мощности

9 Принципы регулирования режимов работы ТЭД. Регулирование бывает двух видов: 1–ступенчатое; 2 – плавное (с помощью тиристорных схем). Регулирование режимов работы ТЭД влечет и регулирование скорости движения. 1 способ: Изменение напряжения питания: Если исходная характеристика соответствует U до, то при том же токе и магнитном потоке скорость при напряжении U дк определяем по формуле: , где V o – скорость при U до; V К – скорость при напряжении U дк. Учитывая, что приближенно можно считать, что . На ЭПС постоянного тока при наличии нескольких ТЭД иногда применяют перегруппировку ТЭД, т. е. переключение ТЭД с последовательного соединения на параллельное. В этом случае потери энергии в пусковых реостатах снижаются за время пуска примерно в 2 раза. При этом получается дополнительная безреостатная характеристика для движения ЭПС с малой скоростью и снижается расход энергии в эксплуатации. Скорость при этом , где m д – количество двигателей включенных последовательно. 2 способ: Регулирование скорости включением в цепь якоря резисторов:Применяется при пуске ЭПС постоянного тока. При том же токе скорость будет изменяться , где R п – величина пускового резистора; U дк – напряжение на зажимах ТЭД, а при включении пускового резистора R _п, это будет напряжение на зажимах ТЭД и резисторах.

Из-за падения напряжения I д R п исходная характеристика заменяется характеристикой с пониженными скоростями. Принимаем V=0, а это значит → → . Такое регулирование применяют кратковременно при пуске ЭПС, т. к. сопровождается значительными потерями энергии. , где измеряется в Вт/с или Дж; Т ц – продолжительность пуска.

10 Принципы регулирования магнитного потока ТЭД. Через изменение магнитного потока регулируют скорость движения. . Этот способ используют при ходовых режимах работы. Способы изменения магнитного потока: 1) в двигателе последовательного возбуждения, где ток возбуждения регулируется шунтированием обмотки возбуждения: ; . Магнитный поток пропорционален намагничивающей силе F, которая равна произведению числу витков обмотки возбуждения на ток возбуждения.

, где – коэффициент ослабления магнитного потока; ИШ – индуктивный шунт. Позволяет в переходных режимах сохранять распределение токов между цепями возбуждения и шунтированием. Без шунта в первый момент включения контактора QS I В = 0 и поэтому I Д ≈ 3,5 I ДН, вместо . С включенным индуктивным шунтом значения выглядят следующим образом I Д ≈ 1,5 I ДН, вместо и L Ш = (0,5…0,75) L _В. На электровозах используют несколько ступеней ослабления.

2) Второй способ регулирования за счет изменения числа витков обмотки возбуждения.

Рассматривая способы изменения магнитного потока окончательно вывод делаем по 3 способам: 1) Способ ослабления возбуждения шунтирования не требует усложнения конструкции ТЭД, но индуктивные шунты это тяжелое и громоздкое оборудование. Этот способ не обеспечивает стабильности коэффициента ослабления поля. 2) Регулирование секционированием катушек обеспечивает стабильное значение коэффициента ослабления, но усложняется конструкция ТЭД за счет межкатушечных соединений и выводов проводов из машины. Поэтому на электровозах этот способ не применяется. 3) – способ. ТЭД с независимым возбуждением при котором ток возбуждения изменяется автоматической системой по заданной программе. Такие системы перспективны, но требуют сложных систем управления.

11 Назначение индуктивных шунтов. Коэффициент ослабления магнитного потока. Рассматриваем двигатель последовательного возбуждения, где ток возбуждения регулируется шунтированием обмотки возбуждения.

; , где – коэффициент ослабления магнитного потока. ИШ– индуктивный шунт. Позволяет в переходных режимах сохранять распределение токов между цепями возбуждения и шунтированием. Без шунта в первый момент включения контактора QS IВ=0 и поэтому IД 3,5IДН, вместо . С включенным индуктивным шунтом значения выглядят следующим образом IД 1,5IДН, вместо и LШ=(0,5 0,75)L_В. На электровозах используют несколько ступеней ослабления.

При способе регулирования за счет изменения числа витков обмотки возбуждения коэффициент ослабления магнитного потока выглядит следующим образом

Способ ослабления возбуждения шунтирования не требует усложнения конструкции ТЭД, но индуктивные шунты это тяжелое и громоздкое оборудование. Этот способ не обеспечивает стабильности коэффициента ослабления поля.

Регулирование секционированием катушек обеспечивает стабильное значение коэффициента ослабления, но усложняется конструкция ТЭД за счет межкатушечных соединений и выводов проводов из машины. Поэтому на электровозах этот способ не применяется.

13 Разновидности тяговых передач и область их применения

Тяговые передачи бывают односторонние прямозубые и двухсторонние косозубые. Первые применяются обычно на пассажирских локомотивах, а вторые – на грузовых.

Для организации этих передач на ЭПС предусмотрены 2 вида подвешивания ТЭД: 1) опорно-осевое; 2) опорно-рамное.

При 1) большая часть массы ТЭД опирается на ось КП, а меньшая на раму тележки, поэтому динамическое воздействие КП на путь – значительно и это ограничивает максимальные скорости движения до 100-110 км/ч.

При 2) ТЭД закрепляется на раме тележки вся его масса оказывается подрессоренной, следовательно, значительно уменьшается динамическое воздействие, поэтому максимальная скорость движения увеличивается до 200 км/ч.

15 Принципы проектирования ТЭД. В результате электромагнитного расчета ТЭД выбирается тип обмотки якоря, рассчитываются размеры и парамет­ры его активного слоя, коллекторно-щеточного узла, а также магнитной цепи и катушек главных и добавочных полюсов. Кроме того строятся ха­рактеристики намагничивания, нагрузочные и электромеханические.

Проектирование электрических машин вообще и тяговых двигателей, в частности, – задача в значительной степени неопределённая, аналогич­ная решению одного уравнения со многими неизвестными. Это приводит к необходимости при проектировании принимать целый ряд величин. Практи­ка и опыт тягового электромашиностроения позволили установить целесо­образные границы изменения этих величин, а также создать ряд эмпири­ческих формул, упрощающих проектирование двигателей. Все это позволя­ет также приблизить принимаемые решения к оптимальным. При расчете целесообразно основные результаты сравнивать с пара­метрами принятого в качестве прототипа двигателя. Су­щественные расхождения данных прототипа и проектируемого двигателя следует проанализировать. В некоторых случаях это может считаться до­пустимым, т. к. применение новых электротехнических материалов и других комплектующих изделий позволяет создавать более совершенные двигатели с лучшими параметрами.

16 Определение основных размеров. К основным размерам относятся: внутренний диаметр и длина сердечника статора (при перем. токе); диаметр и длина сердечника якоря (при пост. токе). Указанные размеры м. определить:, где D a – диаметр сердечника якоря; l a – длина сердечника якоря; ατ – коэффициент полюсного перекрытия, соответствующий части полюсной дуги, затемненной главными полюсами; A – линейная нагрузка, число ампер-проводников, приходящихся на единицу длины окружности якоря:; B δ – магнитная индукция в воздушном зазоре; P дн – номинальная мощность ТЭД; nдн – номинальная частота вращения якоря двигателя;, где V ан – номинальная окружная скорость якоря:, где V н – номинальная скорость движения электровоза; V max – конструкционная скорость движения электровоза; V amax = 65…70 м/с. Приравнивая предыдущие 2 выражения, получаем:. Подставляя полученное выражение в первоначальную формулу, находим:. Окончательно:. Диаметрами, при кот. получается экономичный раскрой поставляемых промышленностью листов электротехнической стали, явл. следующие: 0,423; 0,493; 0,56; 0,66; 0,73 м. Для некомпенсированных машин: ατ = 0,62…0,68. Для компенсированных машин: ατ = 0,64…0,72. Длина сердечника статора:. l a ≤ 0,45…0,49 – при односторонней зубчатой передаче; l a ≤ 0,4…0,44 – при двухсторонней зубчатой передаче. При форсированном вале с полной втулкой: l _a ≤ 0,36…0,38.

17 Схемы тяговых передач и проектирование зубчатой передачи

Схемы тяговых передач

2х-стороння косозубая

1-ТЭД, 2-Шестерня, 3-Колесо, 4-Кожух, 5-МОП, 6-КП.

Одностороння прямозубая

1-ТЭД, 2-Карданный вал, 3-Кожух, 4-Соедин-ая муфта, 5-Шестерня, 6-Колесо, 7-Карданная муфта, 8 –КП.

Одностороння с полым валом

1-КП, 2-Колесо, 3-Шестерня, 4-гибкие элементы, соед-ие полый вал с КП, 5-полый вал, 6-МОП, 7-кожух. Желаемое передаточное число зубчатой передачи определяется из условия получения конструкционной скорости локомотива при максимально возможной окружной скорости якоря двигателя. , где D₀ – диаметр колеса по кругу катания, м;

Теперь необходимо проверить возможность реализации передаточного числа. Для этого определяем максимальное передаточное число , где – минимальный диаметр шестерни, м; – максимальный диаметр зубчатого колеса, м; рассчитывается по формуле , где b – зазор между низшей точкой кожуха редуктора и головкой рельса, м; Δ – зазор между делительной окружностью зубчатого колеса и кожухом редуктора.

Максимальное число зубьев , где m – модуль зубчатой передачи, мм; Теперь сравниваем желаемое и полученное передаточные отношения. Если они равно – расчет верный. Если не равны, то корректирую кол-во зубьев Zmin, Zmax Определяем централь зубчатой передачи Ц, м , где φ – угол спирали; φ =0. После этого проверяем увязку централи и диаметра якоря. При 2р = 6 и круглом остове D_a<=(1,03÷1,22)Ц;

18 Выбор типа обмотки и числа пар полюсов. Выбор типа обмотки:, где P н – номинальная мощность двигателя; η н = f (P н) – КПД номинального режима; U н – номинальное напряжение на зажимах ТЭД. На выбор типа обмотки влияет ряд факторов: а) коммутационная стойкость ТЭД; б) рациональная загрузка зубцового слоя якоря и магнитной цепи, которые обеспечивали бы минимальный расход электротехнических материалов. Тип обмотки якоря в основном определяется током параллельной ветви:, где a – число пар параллельных ветвей обмотки якоря (при волновой обмотке – а = 1; при петлевой обмотке – а = р). Число главных полюсов влияет на технико-экономические показатели машины, поэтому нужно всесторонне проанализировать принимаемое решение с учетом различных факторов. При используемых на электровозах диаметров якоря конкурирующими числами полюсов будут являться: 2 р = 4; 2 р = 6. При прочих равных условиях мощности и напряжения, меньшее число пар полюсов 2 р = 4 по сравнению с 2 р = 6 позволяет: 1) снизить трудоемкость и стоимость изготовления машины за счет уменьшения числа пар полюсов, щеткодержателей, катушек; 2) повысить КПД за счет уменьшения потерь в стали в следствии снижения частоты перемагничивания f п:; 3) повысить стойкость машины против возникновения кругового огня на коллекторе, что скажется на уменьшении напряжения между смежными коллекторными пластинами. При переходе на большее число полюсов 2 р = 6 предоставляется возможным: 1) уменьшить толщину остова и сечение сердечника якоря, т. к. магнитный поток на 1 полюс уменьшается в 1,5 раза, что позволяет уменьшить размеры и массу ТЭД; 2) уменьшить длину рабочей части коллектора; 3) уменьшить в 1,5 раза воздушный зазор под главными полюсами, благодаря чему уменьшается число витков катушек возбуждения, уменьшается потребляемая намагничивающая сила, снижается масса меди катушек примерно на 10 %; 4) повысить технологичность и простоту изготовления ТЭД, т. к. остов выполняется цилиндрической формы, а не литым восьмигранным; 5) уменьшить массу ТЭД на 7–10 %. Снижение КПД примерно на 2–3% требует увеличения охлаждающего воздуха примерно на 20 %, а расхода мощности – примерно на 60 %.

19 Методика расчета зубчатого слоя якоря ТЭД: определение размеров проводников, паза и зубца. Известны методы, позволяющие теоретически определить оптимальную ширину паза якоря. Однако эти методы дают лишь грубо приближенные значения, т. к. не учитывают все многообразие влияющих факторов. Поэтому при практическом проектировании пользуются методами, базирующимися на эмпирических зависимостях, установленных многолетними результатами эксплуатации машин. Предварительную глубину паза h п по опыту проектирования можно принимать:, где τ – полюсное деление,. Целесообразно по возможности проектировать пазы большей глубины, благодаря чему м. увеличить ширину зубцов и уменьшить в них индукцию, однако с увеличением глубины паза возрастает величина реактивной ЭДС и ухудшается коммутация машины. Из опыта проектирования ТЭД, где b п – ширина паза, мм; h п – глубина паза, мм. Из технологических соображений, для обеспечения достаточной стойкости штампов: b п ≥ 7…8 мм. Для достижения приемлимых размеров паза и зубца:. Действительные размеры паза определяются размерами меди проводниковой обмотки, их количеством в пазу и толщиной изоляции. Площадь сечения меди проводников обмотки S a, мм2,, где j a – плотность тока в обмотке якоря, А/мм2. Величина плотности тока зависит от класса нагревостойкости F или H. В свою очередь плотность тока влияет на тепловую напряженность якоря, кот. характеризуется фактором нагрева, А2/(см · мм2).По частоте перемагничивания принимаем допустимую высоту проводника h м, мм. По полученному значению S _a намечаем размеры проводника по ГОСТ 434-78, ориентируясь на раскладку проводников в пазу (горизонтальном) и рекомендуемые соотношения размеров паза.

20 Обмотка якоря ТЭД: разновидности, способы укладки, крепления, виды изоляции. Обмотки м. б.: волновые и петлевые. Волновые обмотки при некоторых преимуществах не требуют уравнительных соединений; лучшее использование активного слоя якоря, имеет ограничение по мощности. Применяются в двигателях мощностью 200–250 кВт и м. б. использованы для электросекций. В основном на электровозах применяются ТЭД с петлевыми обмотками, кот. допускают большие токи и рассчитываются на большую мощность. Тип обмотки якоря определяется в основном величиной тока в параллельной ветви:, где a – число пар параллельных ветвей обмотки якоря (при волновой обмотке – а = 1; при петлевой обмотке – а = р). Для обмотки якорей тяговых машин применяют проводники только прямоугольного сечения, что обеспечивает лучшее заполнение паза медью. Проводники в пазу м. б. расположены различными способами: 1) горизонтальное расположение проводников в пазу (плашмя) снижает добавочные потери в обмотке якоря, уменьшает высоту проводников. Кроме того, меньше места занимает изоляция по ширине паза, что улучшает отвод тепла от обмотки якоря к стенкам паза, снижая нагрев обмотки. Эти обстоятельства позволяют принимать при расчете большие значения фактора нагрева. Однако при горизонтальном расположении проводники для соединения с коллектором необходимо перекрутить на 90º и расположить на одном уровне по окружности, а концы секций – развальцевать для возможности их припайки в шлицах коллекторных пластин. Кроме того различное положение проводников по высоте паза приводит к различным значениям реактивных ЭДС в них и ухудшает коммутацию. Однако несмотря на указанные технологические трудности и удорожание изготовления обмотки, горизонтальное расположение проводников в пазу считается более прогрессивным. 2) вертикальное расположение проводников в пазу упрощает соединение их с коллектором. Однако при этом способе укладки ухудшается теплоотдача от меди обмотки, особенно средних витков, к стенкам паза, а это требует уменьшения принятого значения фактора нагрева. Кроме того, большая высота проводников приводит к возникновению значительных вихревых токов в них и увеличению добавочных потерь в обмотке якоря. Для ограничения величины добавочных потерь высота каждого проводника является функцией частоты перемагничивания сердечника якоря h м = φ(f п):. Если же требуемая высота проводника оказывается больше допускаемой, то его разделяют на два или три проводника, сохраняя суммарную площадь этих проводников равной ранее полученному значению S _a. Виды изоляции: витковая, корпусная и покровная.

Дата добавления: 2015-12-08