Определение максимально допустимой степени ослабления поля

Одним из основных требований, предъявляемых к тяговым характеристикам электровозов, является наиболее полное использование мощности тяговых двигателей во всем диапазоне скоростей вплоть до максимальной /1, стр. 29/.

Для того чтобы выполнить это требование, двигатель должен обладать хорошими регулировочными свойствами, которые оцениваются “коэффициентом регулируемости.

. (12.1)

 

Из рассмотрения этого выражения очевидно, что для увеличения значения при проектировании необходимо стремиться к уменьшению коэффициента насыщения машины и ослаблению поля (получение малых значений коэффициента -ослабления поля).

Для тяговых двигателей без компенсационной обмотки значение устанавливается, исходя из потенциальных условий на коллекторе, которые зависят от степени искажения поля главных полюсов полем якоря.

У тяговых двигателей с компенсационной обмоткой поле якоря практически не влияет на потенциальные условия на коллекторе, поэтому критерий для определения должен быть другим.

Учитывая то, что с ослаблением поля при неизменном токе якоря (I_ч) растет скорость и, следовательно, реактивная ЭДС , такой критерий должен определяться, исходя из коммутационной напряженности работы коллектора.

Если принять , то зная ЭДС при часовой скорости и полном поле (ПП), можно определить скорость при ослабленном поле (ОП) , при которой достигает значение .

, при , (12.2)

откуда

. (12.3)

Здесь .

Из уравнений электрического равновесия для режимов полного и ослабленного поля

, (12.4)

пренебрегая разницей в сопротивлениях при полном и ослабленном поле (), можно определить поток ослабленного поля.

(12.5)

Ток , необходимый для создания , определяется по кривой намагничивания машины, полученной в разделе 10.Находим значение I_чоп=60 А для значения Ф_чоп=3307357,2 Мкс

Значение коэффициента определится из соотношения

(12.6)

Определив , исходя из коммутационной напряженности работы коллектора, необходимо учесть, что в практике проектирования принимается для обеспечения надежной работы тягового двигателя при неустановившихся режимах.

(12.7)

13. Расчет и построение скоростных характеристик тягового двигателя и

Необходимо рассчитать скоростные характеристики при полном и ослабленном поле.

Характеристики рассчитываем при неизменном напряжении по формуле

(13.1)

где - падение напряжения в щеточном контакте, не зависящее от величины тока якоря. При щетках, армированных медными шунтами ; при щетках без армирования ;

- полное сопротивление двигателя.

Принимаем r_в=0.001, r_д=0.0007, r_ко=0.0005 Ом- соответственно сопротивление обмотки якоря, обмоток главных полюсов, дополнительных полюсов, компенсационной обмотки.

При расчете характеристик полного поля задаются различными величинами тока якоря, для которых определяют значения тока возбуждения.

I_в = I_я^. - для электровозов переменного тока и

I_в = I_я - для электровозов постоянного тока (13.2)

 

и по характеристике намагничивания соответствующие значения магнитного потока.

Сопротивление обмотки якоря в нагретом состоянии

(13.3)

где =33,5+43,96 ·1,2=86,3 - расчетная длина одного проводника обмотки вместе с лобовыми вылетами.

Скорость на ободе колеса пересчитываем по формуле

(13.4)

где - передаточное число зубчатой передачи.

Расчет целесообразно свести в таблицу 13.1, при этом значение тока задаем от до .

Таблица 13.1

Jяпп, А	JВ, В	сФ, Мкс	Е	nnn, об/мин	Vпп, км/ч
0,2Jч	75,2	0,3	1492,8	4976,0	196,9
0,4 Jч	150,4	0,6	1487,6	2479,3	98,1
0,6 Jч	225,6	0,8	1482,4	1853,0	73,3
0,8 Jч	300,8	1,1	1477,2	1342,9	53,2
1 Jч		1,4	1472,0	1051,4	41,6
1,2 Jч	451,2	1,7	1466,8	862,8	34,1
1,4 Jч	526,4	1,9	1461,6	769,2	30,4
1,6 Jч	601,6	2,2	1456,4	662,0	26,2
1,8 Jч	676,8	2,5	1451,2	580,5	23,0
2 Jч		2,8	1446,0	516,4	20,4

 

Скоростные характеристики для режима ослабленного поля строятся на основании скоростных характеристик полного поля. Расчет ведется при условии, что магнитный поток машины при переходе на ослабленном поле остается неизменным. Это возможно только в том случае, если ток якоря на ослабленном поле возрастает и будет равен

I_оп = I_пп/ .

где - коэффициент ослабления поля в относительных единицах.

Возрастание тока якоря сопровождается повышением падения напряжения в силовой цепи, в результате чего скорость в режиме ослабленного тока при том же потоке будет несколько меньше.

Ее значения, соответствующие току I_оп , можно определить из выражения

(13.5)

при при ,

Принимаем (сопротивление двигателя). При выполнении курсового проекта необходимо рассчитать скоростную характеристику при самой глубокой степени ослабления поля, допустимой для данного двигателя .

Для тяговых двигателей пульсирующего тока исходной характеристикой является характеристика «нормального поля» ( = 0,96 0,97). Поэтому при расчете всех характеристик этих двигателей при ослабленном поле необходимо пользоваться расчетным коэффициентом

(13.6)

Скорость при ОП рассчитывается по формуле:

Рассчитывая характеристики ослабленного поля, необходимо учитывать, что максимальный ток двигателя по ГОСТ 2582 - 81 равен . Поэтому производить расчеты для токов, превышающих не нужно. За рекомендуется принять = 0,2 .

Характеристики V_оп (I_я) пересчитываются по формуле (14.4).

Результаты расчетов необходимо свести в таблицу 13.2.

Таблица 13.2

				n, об/мин	V, км/ч
пп	оп	пп	оп
75,2		52,0	325,2	4976,0	4884,9	196,9	193,3
150,4		104,1	650,5	2479,3	2388,3	98,1	94,5
225,6		156,1	975,7	1853,0	1750,5	73,3	69,3
300,8		208,2	1301,0	1342,9	1243,5	53,2	49,2
		260,2	1626,2	1051,4	953,8	41,6	37,8
451,2		312,2	1951,4	862,8	766,4	34,1	30,3
526,4		364,3	2276,7	769,2	668,6	30,4	26,5
601,6		416,3	2601,9	662,0	562,6	26,2	22,3
676,8		468,3	2927,2	580,5	482,1	23,0	19,1
		520,4	3252,4	516,4	418,8	20,4	16,6

 

Рис. 13.1 Графики функций n_пп(Iч_пп) и n_оп(Iя_оп)

Рис. 13.2 Графики функций V_пп(Iч_пп) и V_оп(Iя_оп)

Расчет кпд двигателя

КПД определяем по формуле

(14.1)

где .

Здесь - основные потери в меди;

- основные потери в стали;

- добавочные потери при нагрузке;

- механические потери;

- потери в переходном слое под щетками.

Основные потери в меди подсчитывают по формуле

(14.2)

Следует помнить, что сопротивления, согласно ГОСТ 2582-81 для изоляции классов В, F и H относят к температуре 110⁰ С.

Основные потери в стали обусловлены потерями на гистерезис и вихревые токи. Эти потери рассчитываются при холостом ходе (при ), т.е. тогда, когда распределение индукции в воздушном зазоре под главным полюсом равномерное.

(14.3)

где и - вес стали зубцового слоя и сердечника якоря, кг;

и - удельные магнитные потери на гистерезис и вихревые токи в зубцовом слое и вихревые токи в зубцовом слое и сердечнике якоря, Вт/кг.

Вес стали зубцового слоя

(14.4)

где - ширина зубца по окружности якоря;

; (14.5)

*

0,94 - коэффициент, учитывающий изоляцию листов стали.

Вес стали сердечника якоря

. (14.6)

где m_в=2; d_в=2

Удельные магнитные потери

; (14.7)

, (14.8)

где - частота перемагничивания ;

и - магнитная индукция в зубцах и сердечнике якоря.

Цифровые коэффициенты в формулах (15.7) и (15.8) справедливы при использовании электротехнической стали марки Э13.

Добавочные потери при нагрузке включают/1, стр.186/: потери в меди обмотки якоря от главного пазового поля и коммутационные, а также увеличение потерь в стали от искажения магнитного поля машины при нагрузке (у машин без компенсационной обмотки).

Т.к. раздельный учет добавочных потерь в меди и стали достаточно трудоемок, то в практике проектирования оценивают их общую величину (по ГОСТ 2582-81) коэффициентом в долях основных потерь в стали

(14.9)

где - коэффициент добавочных потерь, определяемый в зависимости от отношения токов по табл. 14.1.

Таблица 14.1

Jя/Jяч	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0
	0,22	0,22	0,24	0,26	0,3	0,35	0,42	0,48	0,56	0,64

 

Расчет потерь в стали и добавочных потерь сводится в таблицу 14.2

Таблица 14.2

Jя, А	Jя/Jяч, А	n, об/мин	f, Гц	, Гс	, Гс
75,2	0,2	4976,0	165,9	4200,0	2400,0	1,3	4,0	2296,0	505,1
150,4	0,4	2479,3	82,6	8400,0	4800,0	1,7	5,3	3011,3	662,5
225,6	0,6	1853,0	61,8	12600,0	7200,0	2,5	7,7	4416,8	1060,0
300,8	0,8	1342,9	44,8	16800,0	9600,0	2,9	8,7	5054,1	1314,1
		1051,4	35,0	21000,0	12000,0	3,2	9,8	5643,6	1693,1
451,2	1,2	862,8	28,8	25200,0	14400,0	3,6	11,0	6321,3	2212,4
526,4	1,4	769,2	25,6	29400,0	16800,0	4,2	12,9	7415,9	3114,7
601,6	1,6	662,0	22,1	33600,0	19200,0	4,6	14,0	8081,5	3879,1
676,8	1,8	580,5	19,4	37800,0	21600,0	5,0	15,2	8751,8	4901,0
		516,4	17,2	42000,0	24000,0	5,3	16,3	9347,3	5982,2

Механические потери включают потери от трения щеток о коллектор, от трения в подшипниках и вентиляционные(только для самовентилирующихся потерь).

,Вт. (14.10)

Потери от трения щеток о коллектор определяем выражением

(14.11)

где - общая площадь прилегания щеток к коллектору

- удельное давление на щетку;

- для тяговых двигателей опорно-осевого исполнения;

- коэффициент трения щеток о коллектор/2, стр.110/;

- окружная скорость коллектора, м/сек

Потери на трение в подшипниках качения принимаются постоянными, равными

. (14.12)

Потери в переходном слое под щетками

. (14.13)

Тогда КПД:

Рассмотренные потери не включают потери в зубчатой передаче. Их точный учет для тяговых двигателей производится по данным ГОСТ 2582 - 81 в зависимости от подведённой мощности. В курсовом проекте можно принять КПД зубчатой передачи в пределах: =0,93 0,99.

Учет всех потерь КПД сводится в таблицу 14.3.

Таблица 14.3

75,2	391,3	2296,0	505,1	5713,2		150,4	9338,1	0,92	0,93	0,85
150,4	1565,3	3011,3	662,5	2846,6		300,8	8668,5	0,96	0,93	0,89
225,6	3522,0	4416,8	1060,0	2127,5		451,2	11859,6	0,96	0,93	0,90
300,8	6261,3	5054,1	1314,1	1541,9		601,6	15054,9	0,97	0,93	0,90
	9783,2	5643,6	1693,1	1207,2			19361,1	0,97	0,93	0,90
451,2	14087,8	6321,3	2212,4	990,6		902,4	24796,6	0,96	0,93	0,90
526,4	19175,1	7415,9	3114,7	883,2		1052,8	31923,7	0,96	0,93	0,89
601,6	25045,0	8081,5	3879,1	760,1		1203,2	39250,9	0,96	0,93	0,89
676,8	31697,6	8751,8	4901,0	666,5		1353,6	47652,5	0,95	0,93	0,89
	39132,9	9347,3	5982,2	592,9			56841,3	0,95	0,93	0,88

По данным таблицы 14.3 строится график зависимости .

Рис 14.1 График функции