Выбор тягового электрического двигателя проектируемого тепловоза

Выбор тягового электрического двигателя (ТЭД) для проектируемого локомотива будем производить из числа ТЭД постоянного тока, установленных на отечественных тепловозах. Предварительно серию ТЭД можно задать такой же, как и на тепловозе-прототипе. Основные технические параметры тепловозных ТЭД приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Технические параметры тяговых электрических двигателей тепловозов [5]

Тип двигателя	ЭД-108	ЭД-118	ЭД-120	ЭД-121	ЭД-125	ЭД-126	ЭД-127	ЭДУ-133
Серия тепловоза	ТЭП60	2ТЭ10В, 2ТЭ10М, 2ТЭ116, 2М62, ТЭМ2	ТЭМ7	ТЭП70	2ТЭ116, 2ТЭ10У	2ТЭ121, ТЭ136	ТЭП75	2ТЭ10МК, 2М62К, 2ТЭ116К, ТЭП70БС, ТЭП80
Класс изоляции якорной обмотки	F	F	H	H	H	H	H	Н
Диаметр сердечника якоря, мм
Длина сердечника якоря, мм								400 (380)
Число главных полюсов
Число коллекторных пластин
Развиваемая мощность, кВт								-
Толщина миканита между коллекторными пластинами, мм	1,2	1,2	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5

Примечание: тяговый электродвигатель ЭД-127 тепловоза ТЭП75 оборудован компенсационной обмоткой

2.1. Электрическая мощность тягового электрического двигателя

В продолжительном режиме работы ТЭД его электрическая мощность Р_д∞ (кВт) составляет

(31)

где N_к – номинальная касательная мощность секции тепловоза, кВт;

n_ос – число движущих осей секции;

η_тэд – к.п.д. тягового электрического двигателя на номинальном режиме;

η_тзр – к.п.д. тягового зубчатого редуктора на номинальном режиме.

2.2. Линейная скорость на поверхности якоря тягового двигателя при движении тепловоза с конструкционной скоростью

По условию механической прочности элементов якоря, для ТЭД постоянного тока принимают м/с [6]. При расчетах в первом приближении можно задать V_{a max} = 60 м/с.

2.3. Линейная скорость на поверхности якоря тягового двигателя при движении тепловоза с расчетной скоростью

Линейная скорость на поверхности якоря ТЭД в продолжительном режиме работы V_а∞ (м/с) зависит от диапазона рабочих скоростей проектируемого локомотива:

(32)

где δ – диапазон рабочих скоростей тепловоза.

(33)

где V_к – конструкционная (максимальная) скорость движения локомотива, указанная в индивидуальном задании на выполнение курсового проекта.

2.4. Линейная токовая нагрузка тягового двигателя в продолжительном режиме работы

Допустимая линейная токовая нагрузка А_∞ зависит от класса изоляции якорной обмотки ТЭД, а также скорости вращения якоря. Значения А_∞ (А/м), возможные по условию тепловой напряженности якорной обмотки, для тепловозных ТЭД постоянного тока можно оценить по эмпирическим формулам:

Ø для двигателей с изоляцией якорной обмотки класса F

(34)

Ø для двигателей с изоляцией якорной обмотки класса Н

(35)

Примечание: выбранное значение линейной токовой нагрузки не должно превышать 55000 А/м для ТЭД с изоляцией якорной обмотки класса F и 68500 А/м для ТЭД с изоляцией якорной обмотки класса Н.

2.5. Коэффициент регулирования напряжения тягового двигателя

Коэффициент регулирования напряжения К_д показывает кратность изменения напряжения ТЭД, которая необходима для возможности полного использования номинальной мощности тепловоза во всем диапазоне рабочих скоростей.

Требуемое для проектируемого тепловоза значение коэффициента К_д можно оценить по эмпирической формуле

(36)

где δ – диапазон рабочих скоростей проектируемого тепловоза;

α_min – минимальная степень ослабления возбуждения ТЭД;

К – числовой коэффициент.

(37)

Для обеспечения нормальной коммутации значение α_min должно составлять не менее 0,25 для некомпенсированных ТЭД и не менее 0,20 для компенсированных ТЭД.В первом приближении можно задать α_min≥0,35 для магистральных и α_min≥0,25 для маневровых тепловозов.

Примечание: по опыту отечественного тепловозостроения, полученное значение коэффициента регулирования напряжения ТЭД может составлять 1,3 ≤ К_д ≤ 1,8.

2.6. Магнитная индукция в воздушном зазоре тягового двигателя при продолжительном режиме работы

Величину магнитной индукции в воздушном зазоре ТЭД В_δ∞ (Тл) определяют по формуле [6]

(38)

где γ - коэффициент, зависящий от конструкции электрической машины (для тепловозных ТЭД γ ≈ 0,90-0,92);

α_τ – коэффициент полюсного перекрытия ТЭД;

D_a – диаметр сердечника якоря ТЭД, м;

L_а – длина сердечника якоря ТЭД, м.

Значение коэффициента полюсного перекрытия можно задать на уровне:

Ø α_τ=0,65-0,68 для некомпенсированных ТЭД;

Ø α_τ=0,68-0,74 для компенсированных ТЭД.

По условию насыщения магнитной системы ТЭД должна выполняться следующая проверка:

В_δ∞ ≤ [В_δ∞],

где [В_δ∞] – предельная допустимая величина магнитной индукции в воздушном зазоре ТЭД при продолжительном режиме работы.

Для тепловозных тяговых двигателей [В_δ∞]=0,95-1,11 Тл.

2.7. Напряжение между коллекторными пластинами тягового двигателя при движении тепловоза с конструкционной скоростью

При выборе ТЭД необходимо определить среднее и максимальное значения напряжений между коллекторными пластинами (межламельных напряжений), уровень которых возрастает с увеличением скорости движения тепловоза вплоть до конструкционной. Оценить значения напряжений можно по формулам [7]: