Расчет магнитной цепи двигателя

Расчет магнитной цепи системы выполняется для определения размеров магнитопровода и параметров катушек главных и дополнительных полюсов.

Магнитная цепь состоит из пяти участков ,соединенных последовательно:

сердечника(ярма) якоря, зубцового якоря, воздушных зазоров, сердечников главных полюсов и ярма(спинки) остова, в каждом из которых магнитная индукция принимается постоянной по длине участка.

Магнитный поток одного полюса, Вб:

Ф_о = (60*Е*а) /( N*р*n_н₎

Ф_о = (60*240*2,83)/(275,7*2*614,8) =0,08 ,

где U_дн -напряжение ТЭД в продолжительном(номинальном) режиме (определяется в соответствии со схемой присоединения ТЭД к ТГ),В

U_дн =U_гн/2 =500/2=250В ;

Е =0,96* U_дн_— ЭДС ТЭД в продолжительном режиме, В

Е =0,96*250=240В;

n_н_— частота вращения якоря в продолжительном режиме, об/мин.

Активная длина железа якоря определяется из условия допустимой магнитной индукции B_z_1/3 в самом напряженном участке магнитопровода , которым является зубцовый слой , м

l_я = 2p*Ф_о / B_z1/3*b_z_1/3*z_n*0,94*α

l_я = 4*0,08 /2,2*0,0187*46*0,94*0,7 =0,25.

Магнитную индукцию в сечении зубца на 1/3 высоты паза, Тл

B_z1/3= Ф_о /Q_z1/3

B_z1/3=2,2 ,

предварительно выбираем по рис.8 в зависимости от частоты перемагничивания зубца: f =pn_н/60 ; f =2*614,8/60=20,5,

где Q_z1/3 -расчетное сечение зубцов для прохождения магнитного потока,м² ;

α=0,7 — коэффициент полюсного перекрытия.

Рис.8 Зависимость B_z1/3 от частоты перемагничивания f зуба.

Вопрос о принятии односторонней или двухсторонней передачи решается исходя из величины номинального крутящего момента на валу ТЭД, Н*м

M_н=9554*P_тэд/n_н*η_тэд

M_н=9554*348,6/614,8*0,9=4875,5 ,

где η_тэд =0,9- КПД тягового двигателя

Т.к. M_н ≤6800 Н*м, то принимаем одностороннюю передачу.

Длина стального пакета якоря l_ядолжна быть проверена по допустимой индукции в воздушном зазоре В_δ , которая не должна превышать 1,0 Тл

В_δ = Ф_о / α*τ*l_я

В_δ = 0,08/0,7*0,387*0,25=1 ,

где величина полюсного деления, см

τ =π *D_я/2p

τ =3,14*49,3/4=38,7

Расчет сечения участков магнитопровода.

Сечение воздушного зазора ,через который проходит магнитный поток, м²

Q=α*τ* l_я

Q= 0,7*0,387*0,25=0,067

Расчетное сечение зубцов для прохождения магнитного потока,см²

Q_z_1/3 = α*z_n/2р*b_z_1/3*l_я*k_n

Q_z_1/3 = 0,7*46/4*1,87*0,25*0,97=3,6 ,

где k_n= 0,97 коэффициент увеличивающий изоляцию листов пакета якоря из электротехнических сталей марок Э11,Э12,Э1300,Э1300А;

α- коэффициент полюсного перекрытия.

Сечение сердечника якоря (без учета зубцового слоя),м²

Q_я =k_с*h_я*l_я

Q_я =0,97*0,1*0,25=0,024 ,

где k_с=0,97 -коэффициент заполнения сердечника сталью;

h_я -активная высота сечения сердечника(ярма)якоря, м

h_я= Ф_о/2*В_я*l_я* k_с

h_я= 0,08/2*1,5*0,25*0,97=0,1 ,

где В_я =1,4-1,6 — допустимая индукция в железе якоря.

Сечение Q_я загружено половинным значением Ф_о ,так как магнитный поток полюса в сердечнике якоря разветвляется ,замыкаясь на соседние полюса противоположной полярности.

Активная высота сердечника якоря увеличивается при наличии вентиляционных каналов диаметром d_к ,которые расположены в n_к в шахматном порядке так ,чтобы расстояние между их центрами равнялось 2,5-3,0 d_к.

Диаметр каналов обычно принимают d_к =0,02-0,03 м.

Число рядов каналов n_к=2-3.

При указанном расположении вентиляционных каналов связь между конструктивной h_я^'и активной h_я высотами сечения сердечника якоря определяется формулой

h_я^'= h_я+1/2 d_к* n_к

h_я^'=0,1+1/2*0,02*2=0,12 .

Внутренний диаметр сердечника якоря ,м

D_в=D_я-2(h_z+h_я^')

D_в=0,493-2(0,036+0,12)=0,18.

Величина магнитной индукции в сердечнике якоря, Тл

В_я = Ф_о /2*Q_я ≤1,6

В_я =0,08/2*0,024=1,6 — условие выполняется.

Сечение полюсного сердечника Q_m определяется по допустимой индукции В_m в нем. Для тепловозных ТЭД В_m принимаем от 1,5 до 1,7 Тл. Длина сердечника главного полюса l_m= l_я, ширина b_m в значительной степени зависит от величины рассеяния магнитного потока, которое в расчетах учитывается коэффициентом магнитного рассеяния σ=1,15,

b_m = σ*Ф_о /0,95* l_m * В_m

b_m =1,15*0,08/0,95*0,25*1,6=0,24 ,

где 0,95 -коэффициент ,учитывающий заполнение сердечника полюса сталью.

Окончательная величина сечения полюсного сердечника,м²

Q_m =0,95*b_m*l_m

Q_m =0,95*0,24*0,25=0,057.

Переход сердечника полюса в полюсный наконечник ,образующий заплечники ,на которые опирается катушка ,намечают так ,чтобы расстояние ∆=4-6 мм.

Высоту сердечника полюса h_m принимаем предварительно h_m=0,2*τ ;

h_m=0,2*38,7=7,74 см. Окончательно h_m выявляется размещением на сердечнике катушки главного полюса ,когда будут установлены ее размеры.

Сечение станины определяем исходя из величины индукции в станине В_s, которая для тепловозных ТЭД находится в пределах (1,4-1,6)Тл

Q_s = σ* Ф_о/2* В_s

Q_s = 1,15*0,08/2*1,5=0,03