Проектирование тягового электродвигателя

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Уральский государственный университет путей сообщения

Кафедра «Электрическая тяга»

Курсовой проект

По дисциплине: «Тяговые электрические машины и преобразователи»

На тему: «Проектирование тягового электродвигателя»

Выполнил:

студент гр. Т-415

С.В. Абрамов

Екатеринбург

2008

Содержание

Введение3

Исходные данные4

1. Расчет параметров зубчатой передачи и основных размеров5

2. Расчет активного слоя якоря

2.1 Расчет параметров обмотки

2.2 Параметры обмотки якоря

3. Расчет щеточно-коллекторного узла

3.1 Выбор числа и размера щеток

3.2 Определение рабочей длины коллектора

4. Расчет магнитной цепи

4.1 Сердечник якоря

4.2 Главные полюса

4.3 Остов

4.4 Участок сердечника якоря

4.5 Участок зубцового слоя якоря

4.6 Участок сердечника главного полюса

4.7 Участок стыка полюса с остовом

4.8 Участок выхода потока из полюса в остов

4.9 Ярмо остова

4.10 Расчет воздушного зазора

4.11 Расчет конструкционных размеров и параметров катушки

главного полюса

5. Расчет стационарной коммутации

6. Расчет добавочных полюсов

Список использованных источников

Введение

В настоящее время совершенствование электроподвижного состава является одним из главных направлений в развитии железнодорожного транспорта и остается таковым в ближайшей перспективе. Развитие средств электроники и микропроцессорной техники способствует появлению принципиально новых по своим техническим возможностям локомотивов с высоким уровнем автоматизации процессов управления. Однако каковы бы ни были масштабы внедрения новых средств автоматизированного контроля и управления техническими системами электрических локомотивов, их реализуемые эксплуатационные качества всегда будут определяться техническими возможностями их движителей – тяговых электродвигателей (ТЭД).

В этих условиях исключительно важная роль отводится процессу проектирования тяговых электродвигателей. В ходе разработки новой конструкции приходиться неоднократно уточнять и тщательно увязывать мужду собой множество размеров и параметров машины для одновременного учета и выполнения многочисленных конструкторских, технологических, экономических требований и ограничений.

В данном курсовом проекте основное внимание уделено вопросам разработки конструкции основных частей машины и их взаимосвязи в единой системе тягового двигателя. Необходимо отметить, что в своей основе методика проектирования тягового электрического двигателя, опирается на традиционную методику проектирования тяговых машин, разработанную и используемую в настоящее время коллективами проектировщиков отечественного электровозостроения.

Исходные данные

Номинальная мощность двигателя P= 145 кВт;

Номинальное напряжение питания двигателя U= 1500 В;

Корпусное напряжение U= 3000 В;

Номинальная скорость движения локомотива V= 48 км/ч;

Конструкционная скорость движения локомотива V= 98 км/ч;

Номинальный коэффициент регулирования возбуждения β= 0,43;

Диаметр бандажей ведущих колес D= 1,05 м;

Диаметр оси колесной пары d= 180 мм;

Вид торможения рекуперативное;

Вид системы вентиляции машины самовентиляция;

Род тока постоянный;

Вид локомотива МВПС;

Тип подвешивания двигателя опорно - рамное;

Класс изоляции “B”.

1 Расчет параметров зубчатой передачи и основных размеров

Предварительно из ряда параметров, обеспечивающих минимум отходов при раскройке места, выбираем размер диаметра якоря

D_а = 423 мм. (1.1)

Выполняя требование D_к = (0,75…0,9) · D_а, рассчитывается диаметр коллектора

D_к @ 0,9 · D_а , (1.2)

D_к @ 0,9 · 423 = 380,7 мм.

Минимальное число коллекторных пластин рассчитывается по формуле

 (1.3)

где 2р – число коллекторных полюсов. Принимаю 2р = 2;

Du_к – среднее максимальное напряжение. Принимаю Du_к = 18 В.

Максимальное число коллекторных пластин рассчитывается по формуле

 (1.4)

где t_к^min – минимальный шаг по коллектору. Принимаю t_к^min = 3,9 мм.

Принимаю К = 306 пластин.

Уточняем диаметр коллектора

 , (1.5)

Уточняем межламельное напряжение

 , (1.6)

Для двигателей МВС, допустимая максимальная частота вращения якоря обычно не выходит за пределы 3000 об/мин.

Тогда максимальные обороты якоря

 (1.7)

где  – максимальная окружная скорость якоря.

Принимаю

Зная максимально возможные обороты якоря,можно найти максимально возможное передаточное число редуктора µ

 (1.8)

Номинальная частота вращения двигателя рассчитывается как

, (1.9)

Диаметр делительной окружности зубчатого колеса находится по формуле

D_z = D_б – 2 · (b+D), (1.10)

где b – расстояние от головки рельса до кожуха редуктора. b = 120 мм;

D – расстояние от делительной окружности большого зубчатого колеса

до внешней нижней точки кожуха редуктора. D = 20 мм.

D_z = 1050 – 2 · (120+20) = 770 мм.

Далее находится диаметр делительной окружности малого зубчатого колеса

, (1.11)

Число зубьев большого зубчатого колеса

, (1.12)

где y – угол наклона зубьев при прямозубой передаче. Принимаю y = 0^о;

m – модуль зубчатого зацепления, принимаемый в зависимости от

вращающего момента М и конструкции тяговой передачи.

, (1.13)

По эмпирическим формулам для прямозубых передач

 (1.14)

где К – односторонняя передача. Принимаю К = 1, согласно [1].

Принимаем m = 10.

Число зубьев шестерни рассчитывается по формуле

, (1.15)

Тогда точное значение передаточного числа редуктора

, (1.16)

Диаметр конца вала рассчитывается по формуле

 (1.17)

где – при односторонней передаче. Принимаю  = 10 МПа.

Проверка по ширине шестерни. b_ш(20…25) мм

, (1.18)

Уточняем значения максимальной и номинальной частот вращения

 , (1.19)

Уточняем значения максимальных окружных скоростей якоря и коллектора

 , (1.20)

 , (1.21)

Определяем величину централи двигателя

, (1.22)

Величина централи характеризует то пространство, которое отводиться для вписывания габаритов проектируемого двигателя. Но поскольку конструкционные размеры двигателя пока неизвестны, можно только ориентировочно проверить возможность такого вписывания по соотношению централи и диаметра якоря - как основного параметра машины, задающего его внешние габариты.

При 2р = 2 и опорно-рамном подвешивании

, (1.23)

2. Расчет активного слоя якоря   2.1 Расчет параметров обмотки

Общее число проводников обмотки якоря

N = 2 · K, (2.1)

N = 2 · 306 = 612 проводников.

Ток якоря в номинальном режиме

 (2.2)

где h_н – КПД двигателя. Принимаю h_н = 0,91, согласно [1].

Выбираем простую петлевую обмотку якоря, у которой 2а = 2р.

Линейная токовая нагрузка якоря

 , (2.3)

Ток параллельной ветви

 (2.4)

При определении рационального числа пазов Z учитывается ограничение по условиям нагрева пучка проводников в пазу якоря в виде величины объема тока в пазу

 (2.5)

где N_z– число проводников в одном пазу. Принимаю N_z= 2 u_k= 12.

53,12 · 12 = 637,44 А

Неравенство (2.5) выполняется.

Число пазов якоря находится по формуле

 (2.6)

где u_k – число коллекторных пластин на паз. Принимаю u_k = 6.

Первый шаг обмотки в реальных пазах должен удовлетворять условию

 (2.7)

где  – укорочение шага обмотки якоря в реальных пазах.

 = 0,5 паза при петлевой обмотке.

Произведем окончательную увязку между собой числа пазов Z, проводников N и коллекторных пластин К, которая должна обеспечивать выполнение требования внутренней симметрии обмотки якоря

, (2.8)

.

Найдем допустимое значение плотности тока в проводниках якоря

 (2.9)

где W_t^max – допустимый предел теплового фактора машины.

Принимаю W_t^max = 2050 согласно [1].

Расчетная величина J_a не должна превышать (5…6) А/мм².

Принимаю J_a= 6 А/мм².

Наметим площадь поперечного сечения активного проводника якоря

, (2.10)

По значению q_а намечаем размеры проводника h_пр × b_пр.

По ГОСТ 434-53, приложение А согласно [1], выбираю проводник с размерами

h_пр × b_пр = 1,4 × 6,7 q_пр = 9,165 мм². (2.11)

Уточним допустимое значение плотности тока в проводниках якоря

 , (2.12)

Проведем проверку правильности выбора сечения проводника

A · j_a< 2050 A, (2.13)

244,74 · 5,796 = 1418,51 А < 2050 A.

Неравенство (2.13) выполняется.

Высоту паза якоря находим по выражению

, (2.14)

где D_прокл – толщина изоляционных прокладок D_прокл = 0,5 мм;

n_прокл – число прокладок. n_прокл = 3;

h_кл – высота клина. h_кл = 4 мм;

n_корп – число слоев корпусной изоляции. n_корп =6;

D_hм – толщина межвитковой изоляции по высоте паза якоря;

D_hк – толщина корпусной изоляции по высоте паза якоря;

D_hп – толщина покровной изоляции по высоте паза якоря;

(0,2…0,3) – зазор на укладку секций в паз;

(0,15…0,2) – разница между размером паза в свету и размером паза в

штампе.

Принимаю: = 0,1 мм, = 0,1 мм, = 0,1мм.

 , (2.15)

 , (2.16)

, (2.17)

Ширину паза якоря вычисляем по формуле

, (2.18)

где Db_м – толщина межвитковой изоляции по ширине паза якоря;

Db_к – толщина корпусной изоляции по ширине паза якоря;

Db_п – толщина покровной изоляции по ширине паза якоря;

(0,2…0,3) – зазор на укладку секций в паз;

(0,15…0,2) – разница между размером паза в свету и размером паза.

, (2.19)

 , (2.20)

, (2.21)

Найдем ширину паза якоря

b_п = 6,7 + 0,4 + 2,4 + 0,4 + 0,2 + 0,2 = 10,3 мм.

Полученные размеры паза якоря должны удовлетворять следующим условиям:

– b_п = 10,3  – удовлетворяет;

– h_п = 33,1  – удовлетворяет.

, (2.22)

Ширина зубца на поверхности якоря b_z1

, (2.23)

Шаг по пазам в расчетном сечении t_z1/3 (на высоте 1/3h_п )

, (2.24)

 

Ширина зубца в расчетном сечении b_z1/3

 , (2.25)

Шаг по дну пазов

 , (2.26)

Ширина зубца у основания b_z2

 , (2.27)

Необходимо проконтролировать, чтобы выполнялось условие

b_z2 ³ 7 мм, для обеспечения достаточной механической прочности зубца.

Магнитный поток находим по выражению

, (2.28)

где k_u – коэффициент, учитывающий потери напряжения на внутренних

сопротивлениях обмоток двигателя.

, (2.29)

.

Далее определяем длину шихтованного пакета якоря

, (2.30)

где В_z1/3 – индукция в зубцах якоря. Принимаю В_z1/3 = 1,8 Тл;

a_d – расчетный коэффициент полюсного перекрытия, для машины без

компенсационной обмоткой. Принимаю a_d = 0,64;

К_с – коэффициент заполнения пакета сталью. Принимаю К_с = 0,97.

l_a