Електричне обладнання локомотивів

Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна

Кафедра «Локомотиви»

ЕЛЕКТРИЧНЕ ОБЛАДНАННЯ ЛОКОМОТИВІВ

Методичні вказівки до виконання курсового проекту

Укладач: Є. Б. Боднар

М. І. Капіца

В. М. Красильников

В. Н. Сердюк

Для студентів механічного факультету та центру дистанційної освіти спеціальності 7.07010501 «Локомотиви та локомотивне господарство» напряму підготовки «Рухомий склад залізниць»

Дніпропетровськ – 2014

УДК 629.424.-83/075.8/

Укладачі:

Боднар Євген Борисович

Капіца Михайло Іванович

Красильников Володимир Микитович

Сердюк Володимир Никандрович

Рецензенти:

начальник служби локомотивного господарства В. С. Любка

(Придніпровська залізниця)

доц. Ю. В. Михайленко (ДІІТ)

Рекомендовано до друку МКФ М (протокол № 44 від 18.06.2012 р.) та НМВ ДНУЗТ (реєстр. № 133/14-7 від 19.05.2014 р.)

Електричне обладнання локомотивів [Текст] : методичні вказівки до виконання курсового проекту / уклад.: Є. Б. Боднар, М. І. Капіца, В. М. Красильников, В. Н. Сердюк; Дніпропетр. нац. ун-т залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. – Д. : Вид-во Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна, 2014. – 51 с.

Методичні вказівки містять короткі теоретичні відомості та методику виконання курсового проекту.

Призначені для студентів напряму підготовки «Рухомий склад залізниць».

Іл. 15. Табл. 12. Бібліогр.: 9 назв.

Ó	Боднар Є. Б. та ін., укладання, 2014
Ó	Вид-во Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна, редагування, оригінал-макет, 2014

Вступ

Для інтенсифікації роботи залізниць необхідне використання найсучасніших тягових засобів, якими є тепловози, електровози та електропоїзди.

Засоби електроніки, що бурхливо розвиваються останнім часом, сприяють створенню принципово нового покоління рухомого складу з новими технічними рішеннями щодо тягового електричного привода.

Тягові електродвигуни (ТЕД) суттєво впливають на тяговий привід з позиції показників його надійності та техніко-економічних параметрів. На поточний момент ТЕД належать до вузлів локомотива, що найчастіше виходять з ладу. Це зумовлено складністю проектування ТЕД значної потужності при обмежених габаритах. ТЕД є найбільш навантаженими електричними машинами, зокрема за механічною міцністю, нагріванням та струмозніманням.

Для успішного проектування тягових двигунів потрібний запас знань щодо умов їх експлуатації, а також з таких теоретичних питань, як комутація і струмознімання, теорія магнітного поля та її застосування для уточнених розрахунків електричних машин, перехідні процеси та їх розрахунок. Так, в експлуатаційних умовах можуть виникати аварійні перехідні процеси з тяжкими ушкодженнями колекторно-щіткового апарата й обмоток двигуна. При розробці конструкції тягового двигуна розрахунок виконується лише в тій мірі, у якій це потрібно для вибору й обґрунтування його основних параметрів.

Проектування тягового електродвигуна починають з базової конструкції, у якій змінюють деякі параметри з метою виконання вимог завдання.

Для тягових електродвигунів граничної потужності основні розміри якоря (діаметр і довжина ) необхідно застосовувати максимально допустимими за умов розміщення двигунів у візках тепловоза. Для діаметра колеса мм застосовують якір діаметром 493 мм.

Електродвигуни магістральних тепловозів мають струми тривалого режиму 600…1 000 А. При такому струмі обмотку якоря доцільно виконати простою петльовою з одним витком у секції і вирівнювачами першого роду з боку колектора. Максимальне значення діаметра колектора обмежене шириною колекторної пластини та умовами проходження охолоджувального повітря через якір. Оптимальний діаметр колектора для існуючих та перспективних тепловозів мм. Кількість колекторних пластин обме-жується розміром колекторної поділки, яка не повинна бути меншою ніж
5 мм. Досвід проектування та експлуатації показав, що найбільш ефективною кількістю колекторних пластин на паз є . Для мм кількість полюсів може становити 4 або 6. Станина шестиполюсного електродвигуна наближається до циліндра, що менш зручно при опорно-осьовому підвішуванні, ніж восьмигранна форма чотириполюсного електродвигуна. Для найбільшої потужності кВт, якої може досягати електродвигун з мм, допустима частота обертання якоря .

Електромагнітний розрахунок тягових машин постійного струму рекомендовано починати з обмотки якоря, його пазів та колектора, після чого необхідно визначити величину повітряного зазору; далі виконується розрахунок магнітного кола, полюсів, інших параметрів та характеристик.

Тягові двигуни постійного струму є основою сучасного серійного виробництва рухомого складу. У методичних вказівках витриманий традиційний підхід до їх розрахунку й проектування.

Завдання на курсовий проект. Під час виконання курсового проекту повинні бути вирішені такі завдання:

1. Визначити початкові параметри передачі потужності тепловоза.

2. Розрахувати зовнішню характеристику генератора.

3. Вибрати схеми з’єднання тягових двигунів та основного електрообладнання й визначити їх розрахункові параметри.

4. Попередньо визначити діаметр якоря електродвигуна.

5. Визначити параметри зубчатої передачі.

6. Виконати розрахунки приведеного об’єму й довжини якоря електродвигуна.

7. Виконати розрахунки обмотки якоря та розмірів паза.

8. Виконати вибір кількості та розмірів щіток, встановити робочу довжину колектора.

9. Виконати розрахунки довжини ділянок магнітного кола електродвигуна.

10. Визначити магнітні напруги ділянок магнітного кола машини.

11. Розрахувати обмотки збудження й обмотки додаткових полюсів.

12. Визначити коефіцієнт корисної дії тягового електродвигуна.

13. Розрахувати й побудувати магнітну характеристику електродвигуна.

14. Розрахувати й побудувати швидкісні характеристики.

15. Розрахувати й побудувати тягові характеристики й характеристики ККД тягового електродвигуна.

16. Проаналізувати параметри розрахункового електродвигуна та прототипу.

17. Виконати розробку конструкції тягового електродвигуна.

У графічній частині проекту повинно бути розроблено креслення тягового двигуна, його елементів за завданням викладача.

Методичні вказівки до виконання курсового проекту. Курсовий проект необхідно виконувати, обдумано застосовуючи розрахункові формули й ретельно перевіряючи висновки та результати розрахунків. Недопустиме механічне застосування формул і виконання за ними розрахунків. Ці методичні вказівки не звільняють студента від необхідності глибоко й уважно розібратися в питаннях, що розглядаються, використовуючи рекомендовану літературу. У разі невиконання цієї вимоги студент не здобуде необхідних знань і, як наслідок, буде непідготовленим до екзамена (заліка) з дисципліни.

Метою курсового проекту є освоєння методики розрахунку та вибір основних параметрів, характеристик, принципових схем електричної передачі за розрахунковими характеристиками та довідковими даними серійних тягових електричних машин, а також розробка креслення тягових електричних машин та креслення принципових електричних схем локомотивів.

Під час виконання курсового проекту необхідно дотримуватися таких правил.

Проект повинен бути виконаний у зошиті, складеному зі стандартних аркушів паперу (розміром 210´297 мм), з обов’язковими полями для зауважень рецензента; на обкладинці зошита необхідно вказати дисципліну, курс, прізвище, ініціали та шифр студента, а також рік видання завдання для курсового проекту, відповідно до якого він виконується. Робота повинна бути написана акуратно, розбірливим почерком, без скорочення слів або зі скороченнями, що відповідають чинним стандартам.

Вихідні дані обов’язково повинні бути наведені на початку проекту.

Розрахунки необхідно супроводжувати поясненнями. Розрахункові формули слід наводити спочатку в загальному вигляді із застосуванням прийнятих літературних позначень, після чого підставити у формулу числові значення величин і проставити результат. Наприклад:

,

мм.

Необхідно вказати, що являють собою величини, які входять у формулу, обов’язково проставляючи для іменованих величин їхні одиниці виміру.

При виборі розрахункових величин і параметрів, використанні таблиць, формул, довідкових матеріалів потрібно посилатися на джерела; список використаної літератури (автор, назва книги, місце та рік видання) слід навести в кінці проекту.

Матеріал потрібно викладати з дотриманням прийнятої в технічній літературі термінології.

Точність обчислень до 1 % є достатньою при розрахунках.

Графічна частина проекту виконується на аркуші формату А1.

Таблиці та графіки необхідно укласти в зошит так само, як і сторінки з текстом (у корінець зошита), не повертаючи їх на 90°, щоб ними було зручно користуватися (не варто приклеювати графіки й таблиці до полів сторінок). Вкладати графіки й таблиці в зошит потрібно відразу ж за тією сторінкою, де є перше посилання на них.

Сторінки проекту, ілюстрації, таблиці й графіки мають бути пронумеро-вані. Таблиці повинні мати назву, ілюстрації і графіки – підрисункові підписи.

Проект потрібно підписати й вказати дату його виконання.

Готовий проект повинен бути відісланий до університету не пізніше терміну, встановленого календарним планом (для студентів безвідривної форми навчання).

Студентам заочної форми навчання після отримання прорецензованого проекту потрібно, незалежно від того, зарахований він чи ні, виправити всі помилки й зробити необхідні доповнення. Якщо проект не зарахований, потрібно в найкоротший термін виконати вимоги рецензента й відіслати виправлений варіант до університету для повторної перевірки[1]. При цьому не варто переписувати проект повністю або окремі його розділи; не можна також робити виправлення по написаному тексту; усі виправлення й доповнення повинні бути зроблені на окремих аркушах і вклеєні або вшиті у відповідні місця проекту. Витирати й закреслювати зауваження рецензента забороняється. Виконавши будь-яке виправлення й отримавши новий числовий результат, варто, якщо це потрібно, внести відповідні поправки в подальші розрахунки.

Курсовий проект, у якому не дотримані викладені вище положення, а також проект, що виконаний студентом не за своїм варіантом, не рецензується.

Перевірений проект з виправленнями й доповненнями, зробленими на вимогу рецензента, потрібно зберігати, оскільки його необхідно захистити.

1. ВИЗНАЧЕННЯ ВИХІДНИХ ПАРАМЕТРІВ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПЕРЕДАЧІ ТЕПЛОВОЗА

Розрахункова сила тяги, кН, визначається з умови реалізації коефіцієнта тяги на розрахунковому підйомі

, (1.1)

де – зчіпна вага тепловоза, кН;

– коефіцієнт тяги.

Залежно від типу локомотива:

– для пасажирських тепловозів;

– для вантажних тепловозів.

Швидкість на розрахунковому підйомі, км/год,

, (1.2)

де – вільна потужність силової установки локомотива, кВт;

– ККД електри//////////////чної передачі залежно від її типу:

постійного струму

, (1.3а)

змінно-постійного струму

, (1.3б)

де – ККД тягового генератора;

– ККД випрямної установки;

– ККД тягових двигунів;

– ККД зубчастої передачі тягових двигунів, редукторів.

, (1.4)

де – ефективна потужність силової установки, кВт;

– потужність допоміжних агрегатів тепловоза, кВт.

. (1.5)

Потужність генератора, кВт, що віддається на тягові електродвигуни:

. (1.6)

ККД випрямної установки враховується тільки для тепловозів з передачею змінно-постійного струму.

Потужність тягового двигуна, кВт:

, (1.7)

де – кількість тягових двигунів секції тепловоза, .

Оформлення кроку

Згідно із завданням: кН, кВт.

Для заданого типу тепловоза приймаємо: ; ; ; ; .

Розрахункова сила тяги : кН.

ККД передачі: .

Потужність допоміжних навантажень: кВт.

Вільна потужність силової установки: кВт.

Швидкість на розрахунковому підйомі: км/ч.

Потужність генератора: кВт.

Потужність тягового двигуна: кВт.

2. ЗОВНІШНЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕНЕРАТОРА

Ідеальна характеристика головного генератора тепловоза відповідає умові у діапазоні від до .

Рис. 1. Зовнішня характеристика тягового генератора

З досвіду проектування й експлуатації тепловозів потужністю більше
1 000 кВт раціонально приймати напругу на виході генератора для тепловозів з паралельним з’єднанням тягових електродвигунів: В.

У межах гіперболічної частини характеристики генератора лежить його номінальний «тривалий» струм навантаження, який відповідає розрахунковій силі тяги при швидкості на розрахунковому підйомі. Відповідна цьому значенню струму номінальна напруга генератора перебуває в певному співвідношенні з найбільшою напругою .

Кратність зміни напруги називається коефіцієнтом регулювання генератора за напругою :

. (2.1)

Приймаємо .

Відповідно номінальна напруга дорівнює:

. (2.2)

Номінальний струм генератора, А:

. (2.3)

Мінімальний струм генератора, А:

. (2.4)

Кратність зміни струму генератора називається коефіцієнтом регулювання генератора за струмом :

. (2.5)

Приймаємо .

Відповідно максимальний струм

. (2.6)

Мінімальна напруга генератора

. (2.7)

Для більш точної побудови зовнішньої характеристики головного генератора виконуємо проміжні розрахунки значень струмів і напруг:

; (2.8)

; (2.9)

; (2.10)

; (2.11)

Згідно з отриманими даними будуємо зовнішню характеристику тягового генератора, обмежену гіперболою й прямими і (рис. 1).

Оформлення кроку

Приймаємо:

максимальна напруга: В,

коефіцієнт регулювання:

– за напругою ,

– за струмом .

Номінальна напруга В.

Номінальний струм А.

Мінімальний струм: А.

Максимальний струм: А.

Мінімальна напруга: В.

Зовнішня характеристика генератора (графік).

3. ВИБІР СХЕМИ З’ЄДНАННЯ ТЯГОВИХ ДВИГУНІВ
І ВИЗНАЧЕННЯ ЇХ РОЗРАХУНКОВИХ ПАРАМЕТРІВ

Згідно з вихідними даними, а саме за ефективною потужністю дизеля й типом електричної передачі, студент приймає прототип локомотива (ТЕ10 або ТЕ116).

На рис. 2, 3 наведено схеми заданих електричних передач, а в табл. 1, 2 типи й параметри прототипів основного електрообладнання.

Рис. 2. Схема електричної передачі постійного струму

Регулювання двигунів у схемі електропередачі тепловоза здійснюється за рахунок зміни напруги й магнітного потоку.

Для подальших розрахунків приймаємо коефіцієнт ослаблення поля двигунів. При двох ступенях: , .

Напруга на затискачах двигуна, В:

. (3.1)

Номінальний струм, А, тягового електродвигуна:

. (3.2)

де – кількість паралельних розгалужень двигунів, .

Перед вибором основного електрообладнання потрібно перевірити виконання таких умов:

, кВт, , В, , А.

Таблиця 1

Вибір основного електрообладнання передачі постійного струму

Пристрій	Тип	, кВт	, В	, А	Кількість	Поз. на схемі
Тяговий генератор	ГП-311Б					г
Тяговий двигун	ЭД-118Б					1-6
Збуджувач	В600	22,5				В
Синхронний підзбуджувач	ВС652	0,55				спв
Електропневматичний контактор	ПК-753Б	–				п1–п6
Реверсор	ППК 8063	–				пр
Груповий контактор ослаблення поля	ПКГ-565	–				Вш1, вш2
Амплістат збудження	АВ-3А	–				АВ

Таблиця 2

Вибір основного електрообладнання передачі змінно-постійного струму

Пристрій	Тип	, кВт	, В	, А	Кількість	Поз. на схемі
Тяговий генератор	ГС-501А	2 800		2 400		г
ТЕД	ЭД-118Б					1-6
Синхронний збуджувач	ВС650В					СВ
Керований випрямник збудження	БВК-1012	–				УВВ
Реверсор	ППК 8063	–		1 000		пр
Груповий контактор ослаблення поля	ПКГ-565	–				Вш1, вш2
Силова випрямна установка	УВКТ-5	4 200		5 700		ВУ
Електропневматичний контактор	ПК-753Б	–				п1–п6
Блок керування випрямником	БА-520	–	–	–	–	БУВ

Рис. 3. Схема електричної передачі змінно-постійного струму

Оформлення кроку

Для проектного тепловоза, що розраховується, потужністю___кВт приймаємо прототип до заданої схеми електричної передачі. У таблиці наведений вибір основного електрообладнання.

Приймаємо два ступені ослаблення поля: %; %.

Номінальна напруга двигунів В.

Номінальний струм А.

4. ПОПЕРЕДНЄ ВИЗНАЧЕННЯ ДІАМЕТРА ЯКОРЯ електродвигуна

Діаметр якоря тягової машини визначається з умов розміщення необхідної кількості пазів з провідниками якірної обмотки й отримання зубців такого поперечного перерізу, при якому б не виникало їх нагрівання, більше за допустимі значення. У деяких випадках діаметр якоря, вибраний при дотриманні цих вимог, необхідно збільшувати через потребу розміщення великої кількості колекторних пластин на колекторі або вентиляційних каналів у залізі якоря.

Особливість проектування електричної машини постійного струму полягає в тому, що вибір оптимальної форми паза й зубця можна зробити тільки відносно конкретного діаметра якоря. Тому при розрахунках попередньо визначаємо діаметр якоря і для нього виконуємо розрахунок зубцевого шару й магнітного кола двигуна.

На основі аналізу вже побудованих машин була отримана формула, яка дозволяє орієнтовно вибирати діаметр якоря, мм:

. (4.1)

Для отримання якісних вагомих показників тягової машини необхідно максимально можливо підвищувати швидкість обертання.

Максимальна колова швидкість якоря за умов механічної міцності
клинового кріплення обмотки приймається м/с.

Але при існуючій зараз технології виготовлення колектора й для забезпечення надійного струмознімання з нього рекомендується приймати м/с. Замінюючи у формулі (4.1) і враховуючи, що

, (4.2)

одержимо

, (4.3)

де – коефіцієнт ізоляції: для класу ізоляції F дорівнює , для класу ізоляції Н – .

Номінальну колову швидкість якоря, м/c, визначаємо за заданою максимальною і мінімальною швидкостями локомотива із співвідношення:

; (4.4)

. (4.5)

Треба мати на увазі, що в тягових двигунів магістральних тепловозів з опорно-осьовим підвішуванням мм, довжина сердечника якоря мм.

При виборі діаметра якоря необхідно враховувати, що встановлений нормований ряд діаметрів, при яких отримується економічний розкрій листів електротехнічної сталі, які поставляє промисловість, такий: 423, 493, 560, 660, 740, 850, 950 мм.

Приймаємо мм. Прототип тягових двигунів ЕД-118Б або
ЕД-125Б.

Оформлення кроку

Приймаємо максимальну окружну швидкість якоря м/с.

Номінальна швидкість якоря м/с.

Попередній діаметр якоря мм (при коефіцієнті ).

5. ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ЗУБЧАСТОЇ ПЕРЕДАЧІ

Параметрами передачі є: передатне відношення і, модуль зачеплення т, кількість зубців великої та малої шестерень і , централь Ц.

Модуль т вибирається залежно від номінального значення моменту на валу двигуна за такими дослідними даними:

, Нм 1 000 2 000 4 000 і більше

т, мм 8 – 10 9 – 11 10 – 12

визначається за формулою:

, (5.1)

де – розрахункова сила тяги локомотива, кН;

– діаметр колеса, мм;

– ККД зубчастої передачі;

– передатне відношення зубчастої передачі;

– кількість тягових двигунів.

Попередньо приймаємо передатне відношення залежно від заданого типу локомотива (вантажний , пасажирський ).

При виборі централі передачі й кількості зубців шестерень необхідно враховувати низку вимог, визначених тим, що передача механічно пов’язана з тяговою машиною і колісною парою.

Перша вимога: велике зубчасте колесо повинне вписуватися в габарит (рис. 4). За умовами вписування в габарит рухомого складу діаметр ділиль-ного кола великого зубчастого колеса, мм:

, (5.2)

де – відстань від нижньої точки кожуха зубчастої передачі до головки рейки ( мм);

– товщина кожуха; як правило, мм;

– висота головки зуба, звичайно дорівнює модулю, мм;

– зазор між кожухом і головкою зуба, мм.

Рис. 4. Схема вписування великого зубчастого колеса в габарит рухомого складу

Діаметр ділильного кола малого зубчастого колеса (шестірні), мм:

. (5.3)

Кількість зубців великого зубчастого колеса:

. (5.4)

Кількість зубців (шестірні) малого зубчастого колеса:

. (5.5)

Уточнене значення передатного відношення:

. (5.6)

Друга вимога: повинна бути забезпечена міцність зубців біля основи малої шестірні. Для забезпечення необхідної міцності зубця біля основи мінімальна кількість зубців повинна бути в межах 15-20 для вантажних і маневрових тепловозів і 27-35 – для пасажирських.

Третя вимога: практикою встановлено, що при опорно-осьовій підвісці з вертикально-горизонтальним розташуванням головних полюсів , а при діагональному .Одночасно величина централі, мм, повинна бути пов’язана з параметрами передачі (рис. 5), тобто:

; (5.7)

. (5.8)

Рис. 5. Схема опорно-осьової підвіски тягового електродвигуна

Оформлення кроку

Номінальний крутний момент кНм.

Модуль зачеплення мм.

Попереднє передатне відношення .

Відношення , звідки мм.

Кількість зубців малої шестірні , діаметр мм.

Кількість зубців великої шестірні , діаметр мм.

Дійсні значення: , м/с, мм, мм, кНм, , , мм, мм.

Ескіз передачі (схема)

6. РОЗРАХУНки ПРИВЕДЕНОГО ОБ’ЄМУ Й ДОВЖИНИ ЯКОРЯ ЕЛЕКТРОДВИГУНА

Приведений об’єм якоря, см³:

, (6.1)

де – довжина сердечника якоря, см;

– коефіцієнт полюсного перекриття;

– лінійне навантаження якоря струмом, А/см;

– розрахункова магнітна індукція в повітряному зазорі, Тл.

Для попередніх розрахунків тягового електродвигуна приймаємо: ; Тл; А/см.

Довжина сердечника якоря, см:

. (6.2)

Полюсна поділка якоря, см:

. (6.3)

Зазор під центром полюса, мм:

. (6.4)

Зазор під краєм полюса рекомендується прийняти:

. (6.5)

Оформлення кроку

Приведений об’єм якоря: ____ см .

Довжина сердечника якоря: ____ см.

Полюсна поділка якоря: ____ см.

Зазор під центром полюса: ____ мм.

Зазор під краєм полюса: ____ мм.

7. РОЗРАХУНки ОБМОТКИ ЯКОРЯ Й РОЗМІРІВ ПАЗА

Приймаємо просту петльову двошарову обмотку якоря й кількість головних полюсів . У цьому випадку кількість паралельних розгалужень обмотки 2а дорівнює кількості полюсів , а струм паралельного розгалуження визначаємо за формулою:

. (7.1)

Кількість провідників обмотки якоря (попередня):

; (7.2)

Кількість колекторних пластин при двошаровій обмотці

. (7.3)

Отриману кількість колекторних пластин перевіряємо за допустимою середньою напругою між ними при максимальній напрузі на затискачах тягового електродвигуна:

. (7.4)

Діаметр колектора, мм:

; (7.5)

Визначаємо колекторну поділку , яка повинна бути не меншою 5 мм:

. (7.6)

Приймаємо кількість пазів якоря (за графіком рис. 6), уточнюємо кількість провідників у пазу якоря (яка для тепловозних двигунів повинна бути 6 або 8):

.

Приймаємо , це означає, що котушка двошарової петльової обмотки має 4 секції.

Уточняємо кількість провідників обмотки якоря

.

Уточнюємо кількість колекторних пластин:

.

Уточнюємо колекторну поділку, мм:

.

, мм

Рис. 6. Залежність кількості пазів якоря від його діаметра

Кількість колекторних пластин на паз повинна бути цілим числом (для тепловозних тягових двигунів ).

. (7.7)

Кількість пазів уточнюємо перевіркою об’єму струму в пазу: А.

Лінійне навантаження (остаточно), А/см:

. (7.8)

Для визначення перерізу провідника якоря визначаємо величину фактора нагрівання, що є добутком лінійного навантаження на густину струму в провіднику ( ). Для тепловозних тягових електричних машин

. (7.9)

Звідси густина струму

.

Для тягових двигунів тепловозів .

Площа перерізу провідника секції обмотки якоря, мм²:

. (7.10)

Площу перерізу елементарного провідника отримуємо комбінацією розмірів висоти й ширини обмотувальної прямокутної міді з наведеного ряду чисел згідно з табл. 3.

Таблиця 3

Розміри прямокутної міді обмотки якоря

0,90	1,56	2,63	4,40	6,90	10,80	16,00
1,01	1,68	2,83	4,70	7,00	11,00	16,80
1,08	1,81	3,05	5,10	7,40	11,60	18,00
1,16	1,95	3,28	5,50	8,00	12,50	19,50
1,25	2,10	3,53	5,90	8,60	13,50	22,00
1,35	2,26	3,80	6,40	9,30	14,50	25,00
1,45	2,44	4,10	6,50	10,00	15,60	26,00

Перевірка

.

Висота паза, мм:

, (7.11)

де – висота прямокутної обмотувальної міді елементарного провідника, мм;

– кількість елементарних провідників по висоті паза;

– товщина двосторонньої ізоляції, мм;

– товщина корпусної ізоляції, мм.

– кількість секцій у пазу;

– товщина покривної ізоляції, мм;

– товщина міканітової прокладки, мм;

– кількість міканітових прокладок;

– товщина клина, мм;

– зазор на укладання, мм.

Ширина паза, мм:

, (7.12)

де – ширина прямокутної міді, мм;

– кількість провідників (секцій), розташованих по ширині паза;

– товщина двосторонньої виткової ізоляції, мм;

– товщина корпусної ізоляції, мм;

– товщина покривної ізоляції, мм;

– зазор на укладання по ширині паза, мм.

Рис. 7. Схема розміщення провідників і їх ізоляції в пазу:
1 – обмотка якоря; 2 – звичайна емалево-волокниста ізоляція;
3 – корпусна ізоляція; 4 – покривна ізоляція; 5 – міканітові прокладки; 6 – клин

Далі визначаємо розміри зубцевого шару якоря.

Ширина зубця біля основи, мм:

. (7.13)

Ширина зубця на висоті 1/3 від його основи, мм:

. (7.14)

Зубцеві кроки, мм:

а) по зовнішньому діаметру якоря:

, (7.15)

б) по дну паза:

, (7.16)

в) на 1/3 висоти зубця від основи

. (7.17)

Рис. 8. Розміри зубцевого шару якоря

Розрахунковий переріз зубців для проходження магнітного потоку,м²:

. (7.18)

де – коефіцієнт, що враховує ізоляцію листів пакета якоря з електротехнічних сталей марок Э11/12, Э1300, Э1300А;

– коефіцієнт полюсного перекриття.

Основний магнітний потік машини, Вб:

. (7.19)

де – напруга тягового електродвигуна в тривалому режимі;

– частота обертання якоря в тривалому режимі, об/хв.

Магнітна індукція в перерізі зубця на 1/3 висоти паза:

; (7.20)

Перевірка значення за графіком (рис. 9).

Рис. 9. Графік, що визначає найбільше значення магнітної індукції
на 1/3 висоти паза від частоти перемагнічування якоря

Опір обмотки якоря при °С, Ом:

, (7.21)

де – питомий опір обмотувальної міді при °С, ;

– довжина провідника, м ( );

– площа перерізу провідника обмотки, мм².

Опір обмотки якоря при °С:

. (7.22)

Схема розміщення провідників і їх ізоляції в пазу наведена на рис. 7.

Розміри зубцевого шару якоря наведені на рис. 8.

Оформлення кроку

Тип обмотки: петльова двошарова.

Кількість паралельних розгалужень обмотки: .

Струм паралельного розгалуження: А.

Кількість провідників обмотки якоря уточнене: .

Кількість колекторних пластин уточнене: .

Колекторна поділка уточнена: .

Кількість пазів: .

Лінійне навантаження: А/см.

Площа перерізу провідника обмотки якоря: мм².

Кількість провідників на паз: .

Ширина паза: мм.

Висота паза: мм.

Розрахунковий переріз зубців для проходження магнітного потоку: м².

Основний магнітний потік машини: Вб.

Магнітна індукція в перерізі зубця на 1/3 висоти паза: Тл.

Опір обмотки якоря при 20 °С: Ом.

Опір обмотки якоря при 100 °С: Ом.

Кількість колекторних пластин на паз: .

8. ВИБІР КІЛЬКОСТІ ТА РОЗМІРІВ ЩІТОК ТА ВСТАНОВЛЕННЯ РОБОЧОЇ ДОВЖИНИ КОЛЕКТОРА

Кількість щіткотримачів приймаємо рівною кількості полюсів ( ).

Густина струму під щіткою в тепловозних тягових двигунах вибирається в інтервалі А/см².

Площа дотикання щіток одного щіткотримача з колектором, см²:

, (8.1)

Приймаємо величину щіткового перерізу , знаходимо ширину щітки, см:

.

Довжина щітки, см:

, (8.2)

де – кількість щіток в одному щіткотримачі.

Щітки тягових електродвигунів мають ширину 10; 12,5; 16; 20; 25 мм і довжину 32; 40 й 50 мм. Кількість щіток в одному щіткотримачі беремо в інтервалі шт. Приймаємо шт. Для ЕД-118Б, ЕД-125Б приймаємо щітки типу ЭГ-61 двошарові розміром ( мм).

Повна довжина колектора, см:

. (8.3)

Остаточно:

, (8.4)

. (8.5)

Максимальна колова швидкість:

м/с, (8.6)

де – частота обертання якоря двигуна, пропорційна максимальный швидкості тепловоза, об/хв:

. (8.7)

Оформлення кроку

Кількість щіткотримачів: .

Величина щіткового перерізу: .

Ширина щітки: см.

Довжина щітки: см.

Кількість щіток у щіткотримачі: шт.

Повна довжина колектора: см.

Максимальна колова швидкість: м/с.

9. РОЗРАХУНки ДОВЖИНИ ДІЛЯНОК МАГНІТНОГО кола електроДВИГУНА

Магнітне коло двигуна складається з п’яти ділянок, з’єднаних послідовно: сердечника (ярма) якоря, зубцевого шару якоря, повітряного зазору, сердечників головних полюсів і ярма (стінки) остова.

Визначаємо активну висоту перерізу сердечника (ярма) якоря, м:

, (9.1)

де – магнітна індукція в сердечнику якоря, що може бути прийнята рівною Тл;

– коефіцієнт заповнення сердечника якоря сталлю, .

Переріз сердечника, м²:

. (9.2)

Оцінюємо розмір аксіальних повітряних каналів діаметром , розташованих у рядках:

. (9.3)

Діаметр каналів м.

Кількість рядів каналів , причому канали розміщують у шаховому порядку.

Приймаємо: ( ЕД-118Б, ЕД-125Б).

При зазначеному розміщенні вентиляційних каналів зв’язок між конструкційною й активною висотами перерізу сердечника якоря, м, визначаються формулою

. (9.4)

Внутрішній діаметр сердечника якоря, м:

. (9.5)

Розміри двох ділянок магнітного кола – повітряного зазору й зубцевого шару – були встановлені раніше.

Осьову довжину сердечника полюса приймаємо рівною активній довжині якоря .