Расчет магнитной системы двигателя

Расчет магнитной цепи машины состоит из двух этапов:

предварительного, в котором намечаются все ее размеры (поперечное сечение и длины всех участков магнитной цепи), то есть создается эскиз магнитной цепи машины;

проверочного, цель которого - установление намагничивающей силы, нужной для создания в этой цепи необходимого магнитного потока.

Магнитная цепь машины состоит из пяти участков, соединенных последовательно: сердечника (ярма) якоря, зубцового слоя якоря, воздушных зазоров, сердечников главных полюсов и ярма (спинки) остова.

Определение параметров сердечника якоря.

Выбираем диаметр вентиляционных каналов , а число рядов каналов .

Активную высоту сердечника якоря, согласно [1, с. 133], можно представить в виде формул:

где - индукция в сердечнике якоря, которую, согласно [1, с. 133], принимаем: ;

- коэффициент заполнения сердечника сталью, .

где - внутренний диаметр сердечника.

Необходимый по условию прочности втулки этот диаметр в его средней части (под сердечником) у двигателей опорно-осевого исполнения при двусторонней передаче, согласно [1, с. 134] равно:

где - диаметр вала в средней части.

см.

мм.

Так как , то для уменьшения веса якоря выполняем втулку коробчатой формы.

Геометрическая высота сердечника якоря, согласно [1, с. 133], рассчитывается:

Расчет сердечников главных полюсов и их наконечников.

Расчетная полюсная дуга, согласно [1, с. 17] в долях полюсного деления:

>

где - расчетный коэффициент полюсного деления перекрытия, который согласно [1,с. 17] с учетом долголетней практики тягового электромашиностроения, установлен для машин без компенсационной обмотки в пределах ;

– полюсное деление по якорю:

мм.

Действительная полюсная дуга, согласно [1, с.36] рассчитывается:

где - коэффициент, зависящий от типа воздушного зазора, принимаем равномерный воздушный зазор ;

- воздушный зазор, .

Площадь сечения главного полюса:

где - коэффициент рассеяния главных полюсов;

- индукция в сердечнике главных полюсов, .

Согласно [1, с. 135], при 2р = 4, без компенсационной обмотки

Ширина сердечника, согласно [1, с. 136]:

где - коэффициент заполнения сердечника сталью, ;

- коэффициент, учитывающий подрезы сердечника полюса по углам для лучшего вписывания во внутреннюю полость катушки, .

Ширина опорной полочки:

Высота сердечника предварительно оценивается:

Расчет остова двигателя.

Диаметр внутренней поверхности круглого остова, согласно [1, с. 136] равен:

мм.

Внешний диаметр остова ориентировочно намечаем, согласно [1, с. 137]:

где g w:fareast="EN-US"/></w:rPr><m:t>h</m:t></m:r></m:e><m:sub><m:r><w:rPr><w:rStyle w:val="FontStyle17"/><w:rFonts w:ascii="Cambria Math" w:h-ansi="Cambria Math"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:spacing w:val="0"/><w:sz w:val="28"/><w:sz-cs w:val="28"/><w:lang w:val="EN-US" w:fareast="EN-US"/></w:rPr><m:t>j</m:t></m:r></m:sub></m:sSub></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> - радиальная толщина остова, которую оценивают:

Длина расчетного сечения ярма в осевом направлении:

Расчетное сечение ярма:

Индукция в расчетном сечении ярма:

Величина поднятой осевой линии двигателя над осевой линей колесной пары, согласно [1,с. 138]:

где – расстояние от нижнего, частично или полностью подрессоренного, элемента локомотива до головки рельса, .

Принимаем , тогда:

Магнитная система двигателя представлена рисунке 4.1.

Расчет намагничивающей силы главного полюса и определение магнитного напряжения зубцового слоя полюса.

Определяем магнитное сечение зубцов якоря на высоте 1/3:

где - коэффициент полюсного перекрытия.

Рис. 4.1 Магнитная система двигателя.

Расчетная индукция в зубцах:

По данным [1, с. 599] Приложения №2, находим соответствующую этой индукции напряженность поля . Длина магнитного пути в зубцах .

Магнитное напряжение зубцов:

Аналогично определяем магнитное напряжение других элементов магнитной цепи:

Сечение ярма (спинки) якоря:

Так как магнитный поток в якоре раздваивается, то индукция в ярме якоря:

Длина магнитного пути в ярме якоря .

Магнитное напряжение в ярме якоря:

Сечение сердечника главного полюса:

где 0,93 - коэффициент, учитывающий подрезы сердечника по торцам, вызванные большим радиусом закругления при намотке меди катушки на узкое ребро.

Индукция в сердечнике полюса:

где - коэффициент рассеяния для полюса и остова.

Длина магнитного пути .

Магнитное напряжение сердечника:

Для остова:

а) на участке между полюсами:

По ранее рассчитанной индукции , по табл. 2.8 [1, с. 599], Приложение №2 находим , длина магнитного пути между полюсами .

Магнитное напряжение участка между полюсами:

б) на участке выхода потока из полюса в остов:

Длина магнитного пути .

Магнитное напряжение сердечника:

Для воздушного зазора:

Средняя длина сечения воздушного зазора:

Средняя индукция в воздушном зазоре:

Магнитное напряжение воздушного зазора:

где - заданный расчетный коэффициент использования мощности;

- коэффициент устойчивости при наименьшей степени возбуждения;

- намагничивающая сила обмотки якоря, согласно [1, с. 117]:

Расчет числа витков катушки главного полюса и проверка потенциальных условий на коллекторе.

Намагничивающая сила главного полюса при холостом ходе с запасом 3% на неточность расчета:

На размагничивающее действие реакции якоря, вследствие неточности компенсации прибавляем 5% поперечной намагничивающей силы якоря.

Полная намагничивающая сила главного полюса:

Поперечное сечение катушки:

где – степень возбуждения при номинальном режиме;

- плотность тока в проводнике.

Выбираем для обмотки главных полюсов медную шину размерами 3,05x 25 сечением 76,25 . Число витков обмотки на полюс равно:

вит.

Длина среднего витка катушки главного полюса, согласно [1, с. 153]:

где - радиус закругления катушки:

Сопротивление обмотки возбуждения главных полюсов при t = 20° С:

где - коэффициент подреза, так как катушка подрезана меньше, чем на 1/3 ее высоты, согласно [1, с. 153].

Ом.

Массу меди определяем, согласно [1, с. 153]:

кг.

Размеры катушки главного полюса

Ширина:

Медь 25x1 = 25 мм

Корпусная изоляция 0,16x4x2x2 = 2,08 мм Выступ межвитковой изоляции 0,5 мм Ширина паза в штампе мм

Высота:

Медь 3,05x7 = 21,35 мм

Межвитковая изоляция 0,5х11 = 5,5 мм Корпусная изоляция 0,16x4x2x2 = 2,08 мм Распушение 2,42 мм

Высота в катушке мм

5 Расчет щеток, определение рабочей длины коллектора, расчет реактивной э.д.с.

Длина рабочей части коллектора определяется числом и размерами щеток в одном щеткодержателе, а также поверхностью коллектора, необходимой для его охлаждения. В тяговых двигателях число щеткодержателей обычно равно числу полюсов .

Контактная поверхность щеток одного щеткодержателя, согласно [1, с. 86]:

(5.1)

где - плотность тока под щеткой, согласно [1, с. 87] . Принимаем .

см².

Установим максимально допустимую ширину щетки, согласно [1, с. 87]:

где - укорочение обмотки,

Принимаем

Общая длина щеток:

мм.

Намеченная длина щетки:

где - число щеток в щеткодержателе, .

мм.

Выбираем , так как только при такой длине щетки рабочая длина

коллектора удовлетворяет условию нагрева.

Выбираем щетки по размеру .

Уточняем плотность тока под щетками:

А/см².

Рабочая длина коллектора:

Рабочая длина коллектора оценивается по условию нагрева, [1, с. 88]:

, то есть условие выполняется.

Определяем щеточное перекрытие, согласно [1, с. 87] :

Ширину коммутационной зоны по якорю:

где - ширина проводников в пазу.

Ширина наконечника дополнительного полюса:

Число витков дополнительного полюса:

где - степень компенсации якоря,

Принимаем число витков дополнительного полюса .

Уточняем степень компенсации:

Определение реактивной э.д.с.

Реактивную э.д.с. определяем по формуле Иоффе. Определяем пазовую проводимость:

где - магнитная проницаемость воздуха, ;

- коэффициент, учитывающий увеличение магнитной проводимости от наличия бандажей, ;

- высота участка от верха паза до меди верхнего проводника,

где - коэффициент, учитывающий возникновение вихревых токов в толщах отдельных проводников, оказывающих экранирующие влияние и определяемый в зависимости от приведенной высоты проводника;

- высота паза, занятая медью,

Коэффициент проводимости путей потока рассеяния для лобовых частей:

Коэффициент проводимости потока рассеяния по коронкам зубцов, определяем согласно [1, с. 104]:

где - воздушный зазор между якорем и добавочным полюсом;

- коэффициент воздушного зазора, согласно [1, с. 122].

Расчетная дуга добавочного полюса:

Определяем общую проводимость потока рассеяния:

Определяем реактивную э.д.с:

В.