Линейная токовая нагрузка тягового синхронного генератора, А/м

(59)

где I_1ф – действующее значение тока статора, А;

z – число пазов статора;

D_а – диаметр сердечника статора, м;

2а – число параллельных ветвей обмотки статора.

При параллельном соединении двух обмоток статора (звезд), характерном для отечественных тяговых синхронных генераторов, значение I_1ф определяют в следующей последовательности [8]:

Ø выпрямленный ток, приходящийся на одну обмотку статора (звезду), А

(60)

Ø выпрямленное напряжение, приходящееся на одну обмотку статора (звезду), В

(61)

Ø действующее значение фазной ЭДС, В

(62)

Ø угол коммутации вентилей выпрямительной установки

(63)

Примечание: полученное значение угла γ^о не должно превышать 60⁰ для продолжительного режима работы тягового синхронного генератора

Ø действующее значение тока статора, А

(64)

Предельное допустимое значение линейной токовой нагрузки для тяговых синхронных генераторов тепловозов [А_г∞]=68500 А/м, для тяговых агрегатов мощных тепловозов [А_г∞]=90600 А/м.

4.2. Номинальная частота вращения ротора тягового генератора

После выбора серии тягового генератора необходимо определить его номинальную частоту вращения n_{г ном} (об/мин), которая должна соответствовать условию

n_{г min} ≤ n_{г ном} ≤ n_{г max} ,

где n_{г min} - минимальная возможная частота вращения ротора ТГ, требуемая для реализации номинальных значений мощности и напряжения;

n_{г max} - максимальная допустимая частота вращения ротора ТГ.

1) Минимальная возможная частота вращения ротора ТГ на номинальном режиме определяется из уравнения

(65)

где К_д – требуемый для проектируемого тепловоза коэффициент регулирования напряжения, питающего тяговые двигатели (значение К_д определено в пункте 2.5);

k_тг – коэффициент, значение которого зависит от конструкции ТГ и режимов его работы на проектируемом тепловозе.

(66)

где α_τ – коэффициент полюсного перекрытия (для синхронного ТГ α_τ=0,72-0,74; для ТГ постоянного тока α_τ=0,64-0,71);

К_о – обмоточный коэффициент (для синхронного ТГ К_о=0,972-0,976; для ТГ постоянного тока К_о=0,91);

К_в – коэффициент формы кривой поля (К_в=1,11);

А_г∞ - линейная токовая нагрузка ТГ в продолжительном режиме, А/м;

(В_δ)_max – магнитная индукция в воздушном зазоре при работе ТГ с максимальным напряжением, Тл (для тепловозных тяговых генераторов (В_δ)_max=0,80-1,05 Тл);

D_а и L_а – диаметр и длина сердечника якоря ТГ, м (для синхронных ТГ якорем является статор, то есть элемент, на котором расположена рабочая обмотка);

Р_эм∞ - номинальная электромагнитная мощность генератора.

Номинальную электромагнитную мощность ТГ определяют следующим образом:

Ø для ТГ постоянного тока

(67)

где η_тг – к.п.д. тягового генератора в продолжительном режиме;

Ø для синхронного ТГ

(68)

где cos φ – коэффициент мощности.

В продолжительном режиме значение коэффициента мощности составляет [8]

, (69)

где γ^о – угол коммутации вентилей выпрямительной установки.

2) Максимальная допустимая частота вращения ротора ТГ на номинальном режиме определяется по условию механической прочности ротора:

(70)

где [V_a] – предельная допустимая линейная скорость на поверхности ротора ТГ
(по условию механической прочности [V_a] = 65-70 м/с [6]);

D_р – диаметр ротора ТГ, м (для генераторов постоянного тока D_р = D_а ; для тяговых синхронных генераторов D_р=(0,98÷0,99)^.D_а ).

Для коллекторного ТГ постоянного тока значение n_{г max} также ограничивается по условию нормальной коммутации, выражаемому уравнением В.Т. Касьянова [8]:

(71)

Тогда для ТГ постоянного тока величина n_{г max} выбирается как минимальное значение из двух, полученных расчетами по формулам (70) и (71).

Теперь, когда определены граничные значения n_{г min} и n_{г max} , можно приступить к выбору номинальной частоты вращения дизель-генераторной установки. Эта задача решается совместно с выбором технических параметров дизеля проектируемого тепловоза.