3.Вибір та обґрунтування основних елементів передачі .

Максимальна потужність тягового генератору постійного струму може досягати 2200-2400 кВт, що зумовлює використання на нових потужних тепловозах тягових синхронних генераторів змінного струму. Передача змінно-постійного струму має синхроний генератор, випрамляч і тягові електродвигуни постійного струму. Так як у синхронного генератора обмотка збудження розташована на роторі, а робоча обмотка – на статорі, то при використанні цього типу генератора як тягового, немає проблем комутації при будь-якій потужності секції тепловоза.

Для визначення потужності тягового генератора визначаємо вільну потужність дизеля, яка передається по електропередачі, N_en, кВт за формулою

, (3.1)

де N_e – ефективна потужність дизеля, кВт;

β_с – коефіцієнт вільної потужності дизеля, приймається в залежності від

потужності, яку споживає допоміжне обладнання тепловоза.

Коефіцієнт вільної потужності, КВт визначається за формулою

, (3.2)

де β – частка допоміжної потужності від загальної потужності

дизеля, β=0,11.

За формулою (3.1) визначаємо вільну потужність дизеля

кВт

Активна потужність синхронного генератора на виході кола постійного струму P_{Г ∞} , КВт визначається за формулою

(3.3)

де - к.к.д. генератора, =0,944

кВт

По отриманій потужності P_{Г ∞}=2497,25 кВт обираємо тяговий генератор ГС -504 А, основні параметри якого приведені в таблиці 3.1.

Тяговий генератор типу ГС-504А. Генератор являє собою синхронну машину закритого виконання із примусовою вентиляцією й двома трифазними обмотками на статорі, зрушеними друг щодо друга на 30 електричних градусів.

Статор генератора має зварений корпус , що опирається на піддизельну раму двома лабетами й прикріплює до неї шістьома болтами. Усередині корпуса розташований сердечник статора , виконаний з окремих штампованих аркушів електротехнічної сталі товщиною 0,5 мм марки Э43. Аркуші сердечника, що мають форму сегментів, стислі й закріплені в корпусі за допомогою натискних шайб і шпильок . Одна із шайб нерухома і є частиною корпуса . Сердечник має 144 паза й 120 вентиляційних отворів діаметром 27 мм. Обмотка статора хвильова котушкова. Опір однієї фази при t=20°C 0,0011 Ом.

Ротор генератора безвальної конструкції. Корпус ротора бочкообразной форми з однієї сторони має фланець для з'єднання з дизелем, а з іншої в нього запресований кінець вала, що служить для посадки підшипника й передачі потужності вентилятору централізованого повітропостачання.

Таблиця 3.1- Основні параметри тягового генератора ГС- 504 А

Параметри	Величина
1	2
Номінальна активна потужність, кВт	2497,25
Напруга лінійна, В максимальна в тривалому режимі	580 360
Діюче значення лінійного струму, А при максимальній напрузі в тривалому режимі	21500 22400
Номінальна частота обертання, хв-1	1000
Робочий режим частоти обертання, хв-1	350-1000
Номінальна частота, Гц	100
К.К.Д в тривалому режимі, %	94,8
Випрямлені значення напруги, В максимальне в тривалому режимі	750 435
Випрямлені значення струму, А при максимальній напрузі в тривалому режимі	3600 6200
Маса, кг	6500

Потужність тягового електродвигуна Р_{1 ∞, КВт} визначається за формулою

, (3.4)

де n – число тягових електродвигунів.

кВт

За отриманою потужністю обираємо тяговий електродвигун ЕД-119.

Основні параметри ТЕД ЕД – 119 приведені в таблиці 3.2

Електродвигун є чотирьох полюсний реверсивною машиною постійного струму із примусовою вентиляцією.

Остов електродвигуна восьмигранної форми відлитий зі сталі Ст25ЛП. До кістяка болтами прикріплені чотири головних і чотири додаткових полюси. Сердечник головного полюса, нашихтованний з листової сталі Ст2 товщиною 2 мм, спресований і стягнуть заклепками. Котушка головного полюса виконана із шинної міді розміром 3X80 мм, намотаної на ребро. Число витків - 17. Між витками прокладені штамповані прокладки із просоченої стеклоткани. Між котушкою й кістяком установлена пружинна рамка, що охороняє котушку від переміщень. Всі чотири котушки, головних полюсів з'єднані послідовно.

Таблиця 3.2 – основні параметри тягового електродвигуна ЕД – 119

Параметри	Величини
1	2
Потужність ,кВт	416
Напруга в тривалому режимі, В	500
Струм в тривалому режимі, А	900
Напруга максимальна, В	750
Струм при максимальній напрузі, А	600
Струм максимальний, А	1350
Частота обертання в тривалому режимі, хв-1	705
Частота обертання максимальна, хв-1	2320

Передаточне число зубчастої передачі U_МЕХ визначається за формулою

, (3.5)

де ω_{2 max}-найбільша кутова швидкість вала електродвигуна, ω_{2 max}=243 ;

V_K – конструкційна швидкість локомотива, .

При оцінці конструкції електродвигуна використовують показник, що характеризує діапазон змінювання кутової швидкості якоря, тобто умови роботи електродвигуна на локомотиві

(3.6)

Орієнтовно масу генератора m, кг та масу електродвигуна m, кг знаходимо з виразів

(3.7)

(3.8)

кг

кг

Приймаємо за прототипами масу генератора m=6500 кг, масу електродвигуна m=3250 кг.

На рисунку 3.1 приведена принципова схема електричної передачі постійного струму.

П1 П2 П3 П4 П5 П6

КВ

В Г Д1 Д2 Д3 Д4 Д5 Д6

Рисунок 3.1-Принципова схема електричної передачі локомотива

П1-П2 – Контакти поїзних контакторів;

Д1-Д2 – Тягові двигуни;

В – збуджувач

Г – тяговий генератор

ПР1-ПР2 – контакти реверсора

СШ – опір шунтуючий

На локомотиві, якій проектується, застосовуємо збуджувач типу ВС-650В.Однофазний синхронний збуджував змінного струму з явно вираженими полюсами призначений для збудження тягового генератора. Технічна характеристика збуджувача типу ВС-650В наведена в таблиці 3.3 Збудник типу ВР-650У. Однофазний синхронний збудник з явно вираженими полюсами призначений для вбудителя 3300 про/хв відповідає частоті обертання вала дизеля 1000 про/хв. Короткочасно (протягом 2 хв) збудник може працювати в режимі перевантаження при струмі 200 А, напрузі 240 У, частоті обертання 3300 про/хв. Виконання збудника - захищене із самовентиляцією.

Таблиця 3.3- Технічна характеристика збуджувача типу ВС-650В

Параметри	Величина
Активна потужність, кВт	25
Напруга, В	309
Струм, А	164
Частота обертання, хв-1	3300
Частота, Гц	220
К.К.Д при n=3300 хв-1, %	75
Режим роботи	тривалий
Марка щіток	ЕГ-4
Маса, кг	355

На тепловозі застосовуємо допоміжний генератор СТГ-7, який призначений для роботи в двох режимах: стартером при пуску дизеля і генератором.

Технічна характеристика допоміжного генератора СТГ-7 при роботі в режимі стартером наведена в таблиці 3.4, при роботі в режимі генератором – в таблиці 3.5

Стартер-генератор типу СТГ-7, призначений для роботи у двох режимах: стартерному при пуску дизеля й генераторному.

Частота обертання 330 об/хв відповідає частоті обертання вала дизеля 100 об/хв. Режим роботи стартером - короткочасний тривалістю 7 с. Допускається трикратний пуск із інтервалами між включеннями 20-30 с. Перерва між трикратними пусками 10-15 хв.

Допускаються поштовхи струму величиною 600 А, тривалістю 1,5 с. Виконання стартера-генератора - захищене із само вентиляцією. Напрямок обертання - ліве (якщо дивитися з боку колектора). Маса 720 кг. Стартер-генератор приводиться від вала дизеля через підвищувальний редуктор (убудований у корпус дизеля) з передатним відношенням 3,3.

Таблиця 3.4 - Технічна характеристика допоміжного генератора СТГ-7 при роботі в режимі стартером.

Параметри	Величина
В режимі торгання: момент, Нм, не менше струм, А, не більше	15,2 1600
В режимі прокрутки: момент, Нм, не менше струм, А, не більше	8,6 800
Споживана потужність, Квт, не більше	50
Частота обертання, хв-1	330

Електрична схема випрямної установки являє собою два трифазних мости, що одержують живлення від окремих «зірок» статорної обмотки тягового генератора. На стороні постійного струму мости з’єднання паралельно.

Таблиця 3.5 - Технічна характеристика допоміжного генератора СТГ-7 при роботі в генераторному режимі

Параметри	Величина
Потужність, кВт	50
Напруга, В	110
Робочий діапазон частоти обертання, хв-1	1150-3300
Напруга на обмотці збудження, В, не більше	90
Опір обмотки збудження, Ом: В холодному стані, не менше в гарячому стані, не більше	6,4 10,5
Струм збудження, А, не більше: при n=1150 хв-1 при n=3300 хв-1	9 1,5

На тепловозі, що проектується застосовуємо випрямляючу установку типу УВКТ- 5, технічна характеристика якої наведена в таблиці 3.6.

Конструкція випрямної установки передбачає двостороннє розташування вентилів, причому з кожної сторони розташований один трифазний міст.

Випрямна установка має три окремих канали охолодження, утворених конструкцією, вентильних блоків, ізоляційними стінками і панелями . У каналах розташовані тільки охолоджувачі вентилів. На каркасі установки знизу й зверху є фланці для приєднання патрубків системи охолодження.

Електрична схема випрямної установки являє собою два трифазних мости, що одержують живлення від окремих «зірок» статорної обмотки тягового генератора. На стороні постійного струму мости з'єднані паралельно (поза Електричний монтаж вентилів виконаний шинами, закріпленими усередині Випрямна установка має три окремих канали охолодження, утворених конструкцією, вентильних блоків, ізоляційними стінками й панелями. У каналах розташовані тільки охолоджувачі вентилів. На каркасі установки знизу й зверху є фланці для приєднання патрубків системи охолодження.

На тепловозі ТЭП70 підведення охолодного повітря до випрямної установки здійснюється знизу від системи

Таблиця 3.6-Технічна характеристика випрямлювальої установки типу УВКТ- 5

Параметри	Величина
Номінальна потужність, кВт	4200
Номінальний випрямлений струм, А	5700
Струм перевантаження на протязі 5 хв., А, не більше	8700
Номінальна випрямлена напруга, В	750
Короткочасна допустима випрямлена напруга, В	850
Частота живильної мережі, Гц	30-133
К.К.Д ,%	99,3
Швидкість повітряного потоку між ребрами охолоджувачів, , не менше	12