Выбор типа и определение числа проводников обмотки якоря

В тяговых тепловозных двигателях мощностью до 500 кВт преимущественно применяют петлевые обмотки якорей. Число пар полюсов в зависимости от диаметра якоря для ТЭД обычно 2p=4. Число параллельных ветвей 2а выбираем по току в одной ветви и припетлевой обмотки 2а=2р.

Ток параллельной ветви ,А :

i_a =I_дн/2а ≤250

i_a = 774,8/4 =193,7 - условие выполняется

I_дн =I_гн/n

I_дн =4648,82/6=774,8.

Число пазов якоря z_n в зависимости от его диаметра выбираем по графику (рис.6). С целью улучшения коммутации желательно при укладке обмотки в пазы шаг по пазам y_n укороченным на 0,5 паза:

y_n = z_n/2р -0,5

y_n =46/4-0,5=11.

Рис.6.Зависимость числа пазов и линейной нагрузки якоря ТЭД от его диаметра.

Предварительно количество проводников якоря можно определить по его линейной нагрузки ,в зависимости от D_я :

N=π*D_я *A/i_a

N = 3,14*49,3*345/193,7=275,7.

При двухслойной обмотке количество проводников в пазу s_n всегда должно быть целым четным числом s_n =6.

После выбора s_n необходимо окончательно уточнить:

N= s_n * z_n

N =6*46=276

и проверить линейную нагрузку якоря ТЭД, А/см:

A=N*i/π*D_я ≤550

A=276*193,7/3,14*49,3=345 — условие выполняется.

Расчет коллектора

Тяговые электродвигатели большой мощности обычно имеют одновитковые секции якорной обмотки(ω=1),поэтому N=2*K.

Число коллекторных пластин при ω=1 вычисляется из равенства:

K=N/2

K=276/2=138,

а затем проверяется по допустимым величинам диаметра коллектора D_к и размеров коллекторного деления t_к.

Найденное число коллекторных пластин К проверяется по допустимому среднему напряжению между ними при максимальном напряжении на зажимах ТЭД, В:

e_к.ср =2р*U_дmax/K ≤15 -19

e_к.ср =4*375/138 =11 – условие выполняется.

U_дmax =U_гmax/2

U_дmax =750/2=375.

Далее предварительно оценивают диаметр коллектора D_к, мм:

D_к=0,8 *D_я

D_к=0,8*493=394,4

и определяем коллекторное деление t_к :

t_к =π*D_к / К

t_к=3,14*394,4/138=8,9.

Диаметр коллектора округляется до целых сантиметров и проверяется на допустимую окружную скорость, м/с:

V_kmax= π*D_к*n_max/60

V_kmax =3,14*0,394*2544/60=52.

Радиальная высота коллекторной пластины , см:

h_k =2,2*√39,4-1=4,1.

Выбор числа , размеров щеток и установление рабочей длины коллектора.

Число щеткодержателей при петлевой обмотке всегда должно быть равно числу параллельно ветвей якорной обмотки (2р_щ =2а). плотность тока под щеткой у тепловозных ТЭД выбирается в пределах j_щ =11-15 А/см² . Суммарная площадь соприкосновения щеток одного щеткодержателя с коллектором, см² :

Q_щ =I_дн /р_щ* j_щ

Q_щ=774,8/2*13 =29,8.

Ширина щетки b_щ выбирается такой, чтобы она перекрыла число коллекторных пластин на паз. Принимая величину щеточного перекрытия γ=2-5, определяем ширину щетки, мм:

b_щ = γ*t_к

b_щ = 3*8,9=26,7.

Общая длина щеток одного щеткодержателя, см:

L_щ=Q_щ/b_щ

L_щ= 29,8/2,67 =11,16

Определяем количество щеток в одном щеткодержателе. Длину одной щетки принимаем l_щ=5см, см:

n_щ =L_щ /l_щ

n_щ = 11,16/5,=2,2.

Полная длина коллектора , мм:

l_к = l_щ*n_щ+ 25

l_к = 50*2+25=125

Окончательно

Q_щ= l_щ*n_щ*b_щ

Q_щ =2*50*26,7=2670 мм²;

j_щ = I_дн / р_щ*Q_щ

j_щ = 774,8/2*26,7=14,5 А/см².

Определение размеров паза якоря.

Размеры паза h_n ×b_n оказывают большое влияние на степень использования активного слоя якоря и двигателя в целом. Их можно определить, зная размеры проводника ,число слоев и толщину изоляции.

При большом количестве проводников ,расположенных в пазу рядом, много места занимает изоляция ,что ухудшает теплоотдачу от меди через обмотки боковым стенкам зубцов. Поэтому следует стремиться к уменьшению количества проводников в ряду ,выбирая соответствующим образом количество пазов z_{n .}

С целью определения сечения проводника якоря задаемся величиной фактора нагрева, являющегося произведением линейной нагрузки на плотность тока в проводнике. Для тепловозных электрических машин:

(А*j_я)=2500-4000 А/см * А/мм².

Отсюда

j_я =(А*j_я)/А

j_я = 315*6/345 = 6 А/мм².

Для тяговых двигателей тепловозов j_я =5-7 А/мм² .

Площадь сечения проводника обмотки якоря, мм² :

q_я =i_я /j_я

q_я = 193,7/6 =32,3

Сечение принимаем b/a = 11,3мм²/2,83мм². Это сечение дает возможность определить стороны проводника, где а -меньшая сторона сечения , а b -большая сторона сечения.

Размещение проводников в пазу якоря и их изоляция производится ,как показано на рис.7.

Изоляцию принимаем класса нагревостойкости F, допускающую максимальное превышение температуры обмотки якоря над температурой охлаждения воздуха 140⁰ С.

В заключении расчета активного слоя якоря необходимо определить размеры зубцового слоя якоря.

Ширина зубца у основания, мм:

b_z2=π*(D_я-2h_z)/z_n -b_n

b_z2= 3,14*(493-2*39,3)/46-11,3 =16,9 ,

где h_z -высота зубца(паза) якоря ,мм:

h_z = (D_я- D_к-20 )/2

h_z = (493-394,4-20)/2 =39,3.

Ширина зубца на высоте 1/3 h_z от его основания, мм:

b_z1/3 =(π*(D_я -1,33*h_z )/ z_n)-b_n

b_z1/3 =(3,14*(493-1,33*39,3)/46)-11,3 =18,7.

Зубцовые шаги:

по внешнему диаметру якоря, мм:

t_z1=π *D_я /z_n

t_z1= 3,14*493/46 =33,6 ;

по дну паза, мм:

t_z2 =( π*(D_я-2h_z))/z_n
t_z2 =( 3,14*(493-2*39,3))/46=28,3 ;

на 1/3 высоты зубца от основания, мм:

t_z1/3 =( π*(D_я-1,33h_z))/z_n

t_z1/3 =(3,14*(493-1,33*39,3))/46 =30,08.