А/м

14200 А/м.

Длину магнитной линий снимаем с учетом масштаба с эскиза магнитной цепи. L_a = 0,1625 м.

Падение магнитных потенциалов в сердечнике якоря

, (4.24)

Результаты вышеприведенных и последующих расчетов сведены в таблицу 4.1.

  4.5 Участок зубцового слоя якоря

Площадь в расчетном сечении зубцового якоря

 , (4.25)

Индукция в расчетном сечении зубцового якоря

, (4.26)

По индукции = 1,8 Тл, согласно [1], находим напряженность магнитного поля,14200 А/м.

Магнитное напряжение зубцов якоря

, (4.27)

4.6 Участок сердечника главного полюса

Площадь сечения сердечника главного полюса

, (4.28)

Индукция в сердечнике главного полюса

, (4.29)

По индукции =1,7 Тл, согласно [1],находим напряженность Н_m = 7050 А/м.

Падение магнитных потенциалов в сердечнике главных полюсов

, (4.30)

где L_m – длина силовой линии из эскиза. L_m = 0,12 м.

F_m = 7050 · 0,12 = 846 А.

4.7 Участок стыка полюса с остовом

Магнитное напряжение этого участка F_mj, оценивают по приближенной эмпирической формуле

, (4.31)

4.8 Участок выхода потока из полюса в остов

Площадь сечения участка поворота магнитного потока S_j’, зависит от толщины остова в месте расположения главных полюсов

, (4.32)

Индукция на участке выхода потока из полюса в остов

, (4.33)

Магнитное напряжение на участке выхода потока из полюса в остов

, (4.34)

где H_j’– магнитная напряженность на участке перехода из полюса в остов,

согласно[1], H_j’ = 6800 А/м;

L_j’– длина силовой линии на участке поворота потока в остове.

L_j’ = 0,08 м.

DF_j’ = 6800 ∙ 0,08 = 544 А.

4.9 Ярмо остова

Площадь сечения ярма остова

, (4.35)

S_j = 0,06053 · 0,7234 = 0,043787 м².

Индукция в остове

, (4.36)

Магнитное напряжение в ярме остова

, (4.37)

где H_j – магнитная напряженность в остове, согласно [1], H_j = 2010 А/м;

L_j – длина силовой линии в ярме остова, из эскиза магнитной цепи.

L_j’ = 0,644 м.

DF_j = 2010∙ 0,644 = 1294,44 А.

 
4.10 Расчет воздушного зазора

Таблица 4.1 – Расчет магнитных напряжений и МДС возбуждения

Номер участка	Наименование участка	Магнитный поток, Вб	Сечение, м2	Индукция, Тл	Напряженность, А/м	Длина силовой линии, м	Магнитное напряжение, А
1	Сердечник якоря	0,058	0,032439	1,8	14200	0,1625	2307,5
2	Зубцовый слоя якоря	0,117	0,064876	1,8	14200	0,0331	470,02
3	Зубцовый слой полюса	–	–	–	–	–	–
4	Сердечник полюса	0,123	0,072127	1,7	7050	0,12	846
5	Стык полюса с остовом	–	–	–	–	–	136
6	Переход из полюса в остов	0,061	0,036862	1,66	6800	0,08	544
7	Ярмо остова	0,061	0,043787	1,4	2010	0,644	1294,44
Сумма магнитных напряжений стальных участков						5597,96
8	Воздушный зазор	0,117	0,001947	0,86	–	–	4248,19
МДС намагничивания						9846,15
МДС на компенсацию действия реакции якоря						918,3
МДС Возбуждения обмотки главного полюса						10764,45

Потребная МДС воздушного зазора для обеспечения заданных свойств двигателя

, (4.38)

где  – коэффициент использования мощности.

При ,. Принимаю = 0,8;

 – коэффициент регулируемости по скорости;

 – коэффициент магнитной устойчивости;

 – МДС поперечной реакции якоря.

, (4.39)

.

, (4.40)

В машинах без компенсационной обмотки, для снижения воздействия поперечной реакции якоря наконечникам главных полюсов придают особую форму, так чтобы зазор расходился бы к краям полюса. Расходящиеся воздушные зазоры обеспечивают нарастание магнитного сопротивления потоку поперечной реакции якоря соответственно росту её МДС от центра главного полюса. Очевидно, что степень искажения магнитного поля главных полюсов, а значит, и величина максимальных межламельных напряжений в этом случае зависят от формы и величины воздушного зазора. Поэтому коэффициент магнитной устойчивости в некомпенсированных двигателях определяется специальным расчетом с учетом индивидуальных особенностей проектируемой машины.

Коэффициент максимального искажения магнитного поля

, (4.41)

где  – максимальный уровень межламельного напряжения.

Принимаю

Коэффициент раскрытия воздушного зазора принимаю,

Тогда согласно [1], рисунок 8.3

Согласно закону полного тока, сумма падений магнитных напряжений в контуре должна компенсироваться МДС намагничивания

, (4.42)

Реальное значение МДС возбуждения главных полюсов

, (4.43)

где – поперечная составляющая реакции якоря.

Наиболее простым методом нахождения составляющей  является ее расчет через коэффициент реакции якоря

, (4.44)

В двигателях без компенсационной коэффициент реакции якоря,  определяется по диаграмме рисунка 8.4.

Для индукции  Тл, принимаем .

При этом удостоверяемся в правильности выбора  по формуле

, (4.45)

Так как число витков округлили, то необходимо уточнить потребную МДС воздушного зазора. Для этого уточним реальное значение МДС возбуждения главных полюсов.

, (4.46)

, (4.47)

, (4.48)

Для определения точных геометрических размеров воздушного зазора сначала рассчитаем эквивалентный воздушный зазор

, (4.49)

где  – магнитная постоянная.  Гн/м.

 м.

Связь между конструкционными и эквивалентными воздушными зазорами устанавливается через коэффициент Картера по поверхности якоря, учитывающий геометрические размеры зубцового слоя якоря

. (4.50)

Принимаю  = 3,183 мм.

.

Найдем коэффициент Картера по поверхности полюса для эксцентричного зазора

 , (4.51)

.

, (4.52)

4.11 Расчет конструкционных размеров и параметров катушки главного полюса

При нахождении параметров катушки главных полюсов, одним из решающих значений для вписывания катушки, является сечение проводника обмотки возбуждения. Принимаю класс изоляции «В» и плотность тока равную

j_в = 3,5 А/мм². (4.53)

Далее рассчитываю пределы, в которых должно находиться сечение проводника обмотки возбуждения.

, (4.54)

мм².

Катушки главных полюсов при 2р = 2 выполняются намоткой проводников на широкое ребро. Выбираю размеры проводника, согласно[1]

h_пр × b_пр = 25 × 1,81 q_в = 44,6 мм². (4.55)

Примем: D_мв = 0,5 мм, D_разд = 1 мм, D_выст = 0,5 мм.

Найдем размер катушки по высоте h^в_к

, (4.56)

Разбиваем общее число витков на два слоя

 (4.57)

Тогда размеры катушки по ширине  при намотке на широкое ребро

, (4.58)

, (4.59)

Исходя из полученных размеров катушки, рассчитывается средняя длина одного витка обмотки возбуждения для верхнего и нижнего слоя

, (4.60)

, (4.61)

Общая длина меди обмоток возбуждения L_в

, (4.62)

Сопротивление обмотки возбуждения при 20°С

, (4.63)

где k_подр – коэффициент, учитывающий подрез катушки. k_подр = 1.

Масса меди катушек главных полюсов m_мв

, (4.64)

 
5 Расчет стационарной коммутации

Целью данного расчета является нахождение среднего за период коммутации значения реакции ЭДС. Расчет выполняется на основе ранее полученных параметров активного слоя, коллектора и щеток. Необходимо обеспечить выполнение ограничения по допустимой величине средней реактивной ЭДС.

Рассмотрим четыре характерных области замыкания потоков пазового рассеяния

, (5.1)

где  – суммарный удельный коэффициент индуктивности;

 – магнитная проводимость в пазу якоря над медью;

 – то же для части паза, занятой медью проводников;

 – то же по коронкам зубцов якоря;

 – то же для лобовых частей обмотки якоря.

Удельная магнитная проводимость части паза, занятой медью

, (5.2)

где – высота части паза, занятой медью проводников;

– коэффициент экранирующего эффекта от вихревых токов.

Определяю из полной высоты паза

, (5.3)

где  – односторонняя толщина изоляции якорной катушки;

 – высота клина;

 – общее число прокладок на дне паза и под клином;

 – толщина прокладок.

Одностороннюю толщину изоляции вычисляем по формуле

, (5.4)

Рассчитаем приведенную высоту элементарного проводника паза якоря

, (5.5)

где  – высота элементарного проводника в пазу якоря;

 – суммарная ширина меди в пазу;

 – угловая частота коммутации одного паза;

 – удельная проводимость меди при ожидаемой рабочей

температуре.  = 35 · 10⁶ см/м.

Для этого найдем величину

, (5.6)

где  – окружная скорость на поверхности коллектора в

номинальном режиме;

 – коэффициент щеточного перекрытия.

, (5.7)

, (5.8)

.

.

По диаграмме рисунка 9.2, согласно [1], найдем величину коэффициента демпфирования.  = 1.

Удельная магнитная проводимость части паза над медью

, (5.9)

где  – коэффициент, учитывающий материал бандажа крепления

якорной обмотки. При клиновом креплении из стеклопластов

принимается =1.

Найдем величину h₁

, (5.10)

 Гн/м.

Удельная магнитная проводимость по коронкам зубцов

, (5.11)

где  – коэффициент Картера для поверхности якоря под добавочным полюсом.

, (5.12)

Зададимся величиной воздушного зазора между якорем и добавочным полюсом

, (5.13)

.

Рассчитаем ширину наконечника добавочного полюса

, (5.14)

 мм.

Гн/м.

С учетом распушения магнитный поток добавочного полюса должен перекрывать пространство, называемое зоной коммутации

, (5.15)

Удельная магнитная проводимость по лобовым частям при немагнитных бандажах крепления лобовых вылетов

, (5.16)

Найдем среднее за период коммутации значение реактивной ЭДС

, (5.17)

С ростом средней реактивной ЭДС увеличиваются абсолютные небалансы между ступенчатой кривой реактивной ЭДС и плавной кривой распределения коммутирующей ЭДС от потока добавочных полюсов.

Поэтому устанавливается ограничение на значение средней реактивной ЭДС в номинальном режиме

. (5.18)

1,74 (3,5…4,0)В.

6 Расчет добавочных полюсов

Из условия равенства реактивной и коммутирующей ЭДС рассчитаем требуемую индукцию в зоне коммутации

, (6.1)

где – окружная скорость на поверхности якоря в номинальном режиме.

. (6.2)

м/с.

Тл.

Для обеспечения требуемого уровня магнитной индукции в зоне коммутации необходимо создать коммутирующий поток

, (6.3)

 Вб.

Полный поток добавочных полюсов

, (6.4)

где  – коэффициент рассеяния добавочного полюса;

= 3 – в машинах без компенсационной обмотки.

 Вб.

Чтобы обеспечить линейность магнитной характеристики добавочных полюсов во всем рабочем диапазоне тока якоря, включая и режим максимальной мощности, индукция в сердечнике полюса в номинальном режиме не должна превышать

Тл. (6.5)

Принимаю .

Наметим ширину сердечника добавочного полюса

, (6.6)

где  – длина сердечника полюса.  м;

 – коэффициент заполнения сердечника сталью.

 = 1.

 мм.

Зададимся значением второго воздушного зазора

 мм, (6.7)

 мм.

Магнитное напряжение первого воздушного зазора

, (6.8)

 А.

Магнитное напряжение второго воздушного зазора

, (6.9)

Найдем значение индукции в сердечнике добавочного полюса

, (6.10)

 Тл.

 А.

Полная МДС обмотки возбуждения добавочных полюсов

, (6.11)

 А.

Число витков катушки добавочного полюса

, (6.12)

 витка.

Так как число витков округляли, то необходимо уточнить значение МДС обмотки возбуждения добавочных полюсов

, (6.13)

 А.

, (6.14)

 А.

, (6.15)

 А.

Скорректируем размеры второго воздушного зазора

, (6.16)

м.

Оценим площадь поперечного сечения проводников обмотки

, (6.17)

где J - максимально допустимая плотность тока в проводниках обмотки, принимаю J= 3,5 А/мм

мм².

Укладку производим на широкое ребро в семь слоев по высоте тела добавочного полюса.

По значению q намечаем размеры проводника обмотки возбуждения добавочных полюсов

h_пр × b_пр = 22 × 1,81, q_д = 39,1 мм², (6.18)

Найдем размер катушки по высоте в нашем случае

, (6.19)

 мм.

Тогда размеры четырех крайних к остову слоев катушки по ширине, при условии, что в них по 12 витков

, (6.20)

мм.

Средняя длина витка добавочного полюса

, (6.21)

м.

Сопротивление цепей обмоток добавочных полюсов 20°С

, (6.22)

Ом.

Масса меди катушек добавочных полюсов

, (6.23)

кг.

Список использованных источников

1 Андросов Н. Н., Дурандин М.Г. Тяговые электрические машины и преобразователи: Методическое руководство к курсовому проектированию по дисциплине «Тяговые электрические машины и преобразователи» - УрГУПС, 2004 г.

2 Проектирование тяговых электрических машин.: Учеб. пособие для вузов ж.-д. трансп. / Под ред. М.Д. Находкина. - М.: Транспорт, 1967. – 536 с.

3 Костенко МЛ., Пиотровский Л.М. Электрические машины.: Учебник для студентов высш. техн. учеб. заведений, Изд. 3-е, перераб. -Л.: Энергия, 1972.-544 с.

4 Захарченко Д.Д., Ротанов Н.А. Тяговые электрические машины.: Учеб. для вузов ж.д. трансп. - М.: Транспорт, 1991. - 343 с,

5 Алексеев А.Е. Тяговые электрические машины и преобразователи. - Л.: Энергия, 1977. - 445 с.

6 Уткин В.Г., Соколов С.И., Сукач Э.И. Электропоез ЭР2 руководство по эксплуатации.- М.: Транспорт, 1974.- 248с.