8 Расчет электротяговых характеристик
Расчет
всех электромеханических характеристик
выполняем для степеней возбуждения:
номинальной 
и наименьшей 
.
Учитывая громоздкость расчета добавочных потерь при пульсирующем токе, характеристику к. п.д. двигателя рассчитываем, исходя из работы двигателя на постоянном токе, а снижение к.п.д. оценим только в номинальном режиме, рассчитав те виды пульсационных потерь, которые поддаются более или менее точному определению.
При
изоляции обмоток класса F
электромеханические характеристики
строят для температуры меди обмоток
tн=155°С
(коэффициент увеличения сопротивления
меди равен 
).
При
расчете скоростной характеристики при
номинальном возбуждении наиболее
трудным является учет размагничивающего
действия реакции якоря. Удобно рассчитывать
скоростную характеристику сразу с
учетом размагничивающего действия
реакции якоря, по универсальной магнитной
характеристике, предложенной М.Д.
Находкиным и В.С. Хвостовым. Исходной
величиной при этом служит полный
коэффициент насыщения, равный отношению
всей намагничивающей силы главных
полюсов 
,
включающей и прибавку на компенсацию
размагничивающего действия реакции
якоря, к магнитному напряжению воздушного
зазора 
,
так
как эффект от действия реакции якоря
соответствует увеличению насыщения. С
учетом ранее упомянутого коэффициента
запаса на возможные отклонения
характеристик: расчетный коэффициент
насыщения в номинальном режиме, согласно
[1.с.270]:
Пользуясь
универсальной характеристикой [1, с.
161], находим соответствующие 
относительные
значения намагничивающей силы возбуждения
и магнитного потока:
Абсолютные значения этих величин в номинальном режиме:
Устанавливаем масштабы, связывающие относительные и абсолютные значения намагничивающей силы возбуждения и магнитного потока:
для намагничивающей силы возбуждения:
для магнитного потока:
Порядок расчета следующий. Для ряда точек универсальной характеристики берем их координаты в относительных единицах, а умножая их на соответствующие масштабы, переходим к величинам действительным. Данные сводим в таблицу 8.1 и строим по ним искомую магнитную характеристику (рисунок 8.1).
Расчет
скоростных характеристик производим
применительно к нужной величине
напряжения 
и степени возбуждения 
,
задаваясь рядом значений тока якоря в
пределах 
,
расчет ведем следующим образом, сводя
результаты в таблицу 8.2.
Скорость электровоза:
где
- частота вращения.
где
– электродвижущая сила двигателя.
где
– падение напряжения в двигателе.
Таблица 8.1
|
|
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0,05 |
1565,195 |
0,15 |
0,018 |
0,1 |
3130,39 |
0,3 |
0,036 |
0,15 |
4695,585 |
0,45 |
0,054 |
0,2 |
6260,78 |
0,55 |
0,066 |
0,25 |
7825,975 |
0,63 |
0,0756 |
0,3 |
9391,17 |
0,68 |
0,0816 |
0,35 |
10956,37 |
0,73 |
0,0876 |
0,4 |
12521,56 |
0,77 |
0,0924 |
0,45 |
14086,76 |
0,8 |
0,096 |
0,5 |
15651,95 |
0,83 |
0,0996 |
0,55 |
17217,15 |
0,85 |
0,102 |
0,6 |
18782,34 |
0,887 |
0,10644 |
0,65 |
20347,54 |
0,89 |
0,1068 |
0,7 |
21912,73 |
0,91 |
0,1092 |
0,75 |
23477,93 |
0,93 |
0,1116 |
0,8 |
25043,12 |
0,95 |
0,114 |
0,85 |
26608,32 |
0,96 |
0,1152 |
0,9 |
28173,51 |
0,99 |
0,1188 |
0,95 |
29738,71 |
0,99 |
0,1188 |
1 |
31303,9 |
1 |
0,12 |
Рисунок
8.1. Магнитная характеристика 
Таблица 8.2
|
|
|
50 |
1239,399 |
57,85093 |
100 |
1236,992 |
57,7386 |
150 |
1234,586 |
57,62627 |
200 |
1232,179 |
57,51394 |
250 |
1229,773 |
57,4016 |
300 |
1227,366 |
57,28927 |
350 |
1224,959 |
57,17694 |
400 |
1222,553 |
57,06461 |
450 |
1220,146 |
56,95228 |
500 |
1217,74 |
56,83994 |
550 |
1215,333 |
56,72761 |
569 |
1213,645 |
56,76 |
По данным таблицы 8.2 строим скоростную характеристику, представленную на рисунке 8.2.
Рисунок 8.2. Скоростная характеристика
Коэффициент полезного действия на оси колесной пары получаем произведением к.п.д. двигателя на к.п.д. зубчатой передачи и моторно-осевых подшипников в зависимости от подводимой мощности:
Определяем
суммарные потери 
при различных токах рабочего диапазона
двигателя. Целесообразно принимать те
же значения тока 
,
что и при расчете скоростной характеристики.
Суммарные потери складываются:
- из потерь в стали при холостом ходе;
из добавочных потерь при нагрузке;
из омических потерь в обмотке для каждого из значений токов:
из переходных потерь на коллекторе;
из потерь на трение щеток в номинальном режиме;
из механических потерь.
Для
других нагрузок они изменяются
пропорционально частоте вращения.
Сопоставляя
потери при ослаблении возбуждения 
при номинальном
возбуждении,
при одном и том же токе возбуждения 
и
пренебрегая
разницей в добавочных потерях, можно принять, что в обоих режимах вследствие равенства частот вращения и магнитных потоков механические и магнитные потери одинаковы.
Расчет ведем по методу, предложенному М.П. Кутыловским. Результаты расчета сведены в таблицу 9.3.
Омические потери в обмотке возбуждения:
Омические
потери в цепи якоря при токе 
и
:
Подводимая
мощность при ослаблении возбуждения:
Полная мощность:
Таблица 8.3
|
|
|
|
|
|
50 |
88,25 |
27,93 |
249,1434 |
277,8234 |
0,996993 |
100 |
353 |
111,72 |
996,5736 |
1373,794 |
0,992566 |
150 |
794,25 |
251,37 |
2242,291 |
3200,411 |
0,988455 |
200 |
1412 |
446,88 |
3986,294 |
5757,674 |
0,984422 |
250 |
2206,25 |
698,25 |
6228,585 |
9045,585 |
0,980421 |
300 |
3177 |
1005,48 |
8969,162 |
13064,14 |
0,976436 |
350 |
4324,25 |
1368,57 |
12208,03 |
17813,35 |
0,972459 |
400 |
5648 |
1787,52 |
15945,18 |
23293,2 |
0,968489 |
450 |
7148,25 |
2262,33 |
20180,62 |
29503,7 |
0,964522 |
500 |
8825 |
2793 |
24914,34 |
36444,84 |
0,960558 |
550 |
10678,25 |
3379,53 |
30146,35 |
44116,63 |
0,956595 |
569 |
1213,645 |
3467,86 |
31876,65 |
47519,07 |
0,955635 |
По данным таблицы 8.3 строим зависимость коэффициента полезного действия, представленную на рисунке 8.3.
Рисунок 8.3. Характеристика к.п.д.
>
Зависимость момента вала двигателя от тока якоря:
Результаты
расчета сводим в таблицу 8.4 и строим
зависимость 
,
представленную на рисунке 8.4.
Таблица 9.4
|
|
50 |
35,45346 |
100 |
70,72939 |
150 |
105,8606 |
200 |
140,8461 |
250 |
175,6852 |
300 |
210,377 |
350 |
244,9206 |
400 |
279,3152 |
450 |
313,5597 |
500 |
347,6535 |
550 |
381,5955 |
569 |
405,3849 |
Рисунок 8.4 Зависимость момента от тока якоря
ВЫВОД
В ходе выполнения курсового проекта спроектирован тяговый двигатель постоянного тока электровоза. В ходе расчета были получены допустимые размеры электродвигателя, магнитные и электромеханические характеристики. Спроектирован данный электродвигатель в приложении 1.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Проектирование тяговых электрических машин: под ред. Находкина
Тяговые электрические машины и трансформаторы: по ред. Д., Захарченко
Методические указания по проектированию тяговых электродвигателей постоянного и пульсирующего тока.