Безредукторный тяговый привод эпс

Детальная информация

Название:	Безредукторный тяговый электропривод мощностью 1000 кВт для локомотивов железной дороги на основе электродвигателя с возбуждением от постоянных магнитов: бакалаврская работа: 13.03.02
Авторы:	Акопджанов Иван Андреевич
Научный руководитель:	Кучинский Владимир Георгиевич
Организация:	Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Выходные сведения:	Санкт-Петербург, 2016
Коллекция:	Выпускные квалификационные работы ; Общая коллекция
Тематика:	двигатель с постоянными магнитами ; векторное управление ; частотно-регулируемый электропривод ; широтно-импульсная модуляция ; elcut ; permanent magnet motor ; vector control ; variable-frequency drive
Тип документа:	Выпускная квалификационная работа бакалавра
Тип файла:	PDF
Язык:	Русский
Код специальности ФГОС:	13.03.02
Группа специальностей ФГОС:	130000 — Электро- и теплоэнергетика
DOI:	10.18720/SPBPU/2/v16-164
Права доступа:	Доступ по паролю из сети Интернет (чтение, печать, копирование)

Группа: Анонимные пользователи

Аннотация

Эта работа посвящена разработке безредукторного привода мощностью 1 МВт на основе электродвигателя с возбуждением от постоянных магнитов для локомотивов железной дороги. В ходе работы была по строена модель для электромагнитного расчета двигателя в конечно-элементном пакете «Elcut», произведен расчет поля при номинальном токе катушки с углом режима Q=0 и для режима с максимальной частотой вращения, определены потери мощности в статоре в номинальном режиме и режиме с максимальной частотой вращения, определена максимальная температура статора в номинальном режиме, построена полная модель привода в Simulink и рассчитаны характеристики номинального режима и режима с максимальной частотой вращения.

The work is devoted to a gearless traction electric drive of the power 1000 kW for railway locomotives based on the synchronous motor with permanent magnets. During work the model for electromagnetic calculation of the engine in the «Elcut», calculation of the field is made for rated current of the coil with a corner of the mode Q=0 and for the mode with the maximal rotation frequency, power losses are defined the rated mode and the mode with the maximal rotation frequency, the maximal temperature of a stator is determined for the rated mode, the complete model of the drive in Simulink is constructed and characteristics of the rated mode and the mode with the maximal rotation frequency are calculated.

Источник

Безредукторный тяговый привод колесно-рельсового подвижного состава

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, преимущественно к высокоскоростным локомотивам, моторным вагонам электропоездов и турбопоездов. Сущность изобретения: асинхронный двигатель, полый вал которого свободно охватывает ось колесной пары и соединяется с колесными дисками посредством тяговых муфт, подвешен на кузове локомотива с помощью двух рычажных регулируемых механизмов подвески, расположенных по торцам двигателя и включающих уравнительный вал, подшипники которого установлены на кузове. Вал посредством двух концевых горизонтальных рычагов и вертикальных тяг соединен с корпусом двигателя. Регулирование механизмов подвески, с целью свести расцентровку между осями полого вала двигателя и колесной пары к минимуму, осуществляется с помощью гидравлического сервопривода. Для обеспечения углового перемещения двигателя совместно с рамой тележки при ее повороте двигатель соединен с рамой рычажным механизмом, уравнительный вал которого опирается на подшипники рамы тележки, концевые вертикальные рычаги вала посредством горизонтальных тяг соединены с корпусом двигателя. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, преимущественно к высокоскоростным локомотивам, моторным вагонам электропоездов и турбопоездов.

Известен безредукторный тяговый привод, разработанный фирмой «Шкода» и установленный на электровозе типа 85ЕО. В этом приводе асинхронный тяговый двигатель укреплен на раме тележки. Полый вал двигателя свободно охватывает ось колесной пары и соединяется с колесными дисками посредством тяговых (двух) шарнирно-поводковых муфт.

Установка двигателей на раме тележки значительно увеличивает ее массу, что ведет к снижению критической скорости по вилянию. При колебаниях виляния массивной тележки со стороны колес на рельсы действуют большие динамические нагрузки, что снижает безопасность движения, повышает расстройства и износ путевых устройств.

При вертикальных колебаниях и галопировании тележки возникает вертикальная расцентровка между геометрическими осями полого вала двигателя и колесной пары. Большая расцентровка приводит к значительным угловым перемещениям звеньев муфты относительно колесного диска, циклически меняющимся с частотой вращения колесной пары, которые обусловливают высокие деформации кручения резиновых элементов упругих шарниров и быстрый их износ. При расцентровке передаточное отношение от вала двигателя к колесной паре не равно строго единице и является переменной величиной, в связи с чем в системе тягового привода возникают внутренние динамические моменты, которые могут служить источником возбуждения крутильных колебаний. При расцентровке муфта становится неуравновешенной, а поэтому при высоких скоростях и большой расцентровке возникают значительные дополнительные динамические нагрузки, действующие на шарниры муфты, колесные диски и подшипники вала двигателя.

Целью настоящего изобретения является уменьшение массы тележки и увеличение долговечности тяговых муфт и подшипников двигателя.

Для достижения этой цели двигатель подвешен к кузову локомотива (моторного вагона), причем подвеска двигателя выполнена регулируемой, чтобы величина расцентровки между осями полого вала двигателя и колесной пары поддерживалась на некотором заранее заданном уровне, не выходящем за пределы, допустимые для выбранного типа тяговой муфты.

На фиг. 1 изображен безредукторный тяговый привод, общий вид; на фиг.2 три вида этого привода, причем на виде «сверху» колесная пара не показана; на фиг. 3 и 4 показаны силы, действующие на звенья рычажного механизма подвески при статическом состоянии привода и соответственно при передаче вращающего момента; на фиг.5 силы, возникающие в рычажном механизме, соединяющем двигатель с рамой тележки при повороте тележки в кривой; на фиг.6 схема расположения звеньев рычажных механизмов при вертикальных перемещениях кузова и рамы тележки.

В безредукторном приводе тяговый двигатель 1, полый вал которого свободно охватывает ось 2 колесной пары, соединяется с колесными дисками 3 посредством двух тяговых муфт (например, шарнирно-поводковых) 4. Шарниры А₁, А₂ соединяют рычаги этой муфты с пальцами, запрессованными в колесный диск, а шарниры B₁, B₂ соединяют поводки с пальцами водила 5, жестко сидящего на валу двигателя.

Двигатель подвешен к кузову локомотива с помощью двух рычажных механизмов подвески, расположенных по торцам двигателя. Уравнительный вал 6 каждого рычажного механизма опирается на подшипники 7, которые крепятся к кузову локомотива. Посредством концевых горизонтальных рычагов 8 и вертикальных тяг 9 уравнительный вал соединен с корпусом двигателя. Вертикальные рычаги 10 уравнительного вала посредством пружин 11 опираются на кронштейны 12, укрепленные на кузове. Средние рычаги 13 обоих уравнительных валов соединены соответственно со штоком 14 и корпусом 15 гидравлического сервопривода. Шток распределительного золотника с корпусом сервопривода соединен дифференциальным рычагом 16.

Двигатель с рамой тележки соединен рычажным механизмом, в котором уравнительный вал 17 установлен в подшипниках 18, укрепленных на раме тележки. Концевые вертикальные рычаги 19 этого вала посредством горизонтальных тяг 20 связаны с корпусом двигателя. Средний рычаг 21 уравнительного вала располагается с некоторым зазором между двумя пружинами 22, которые упираются в кронштейны 23 рамы тележки.

Для ограничения перемещения двигателя в поперечном относительно продольной оси тележки направлении в случае его чрезмерной раскачки, например, при потере тележкой устойчивости движения, служат упругие ограничители хода упоры, установленные на раме тележки и гидравлический гаситель колебаний (не показаны).

Шарниры, соединяющие вертикальные 9 и горизонтальные 20 тяги соответственно с рычагами 8, 19 и корпусом двигателя 1, сделаны так, что могут выполнять роль сферических шарниров (например, резино-металлические блоки со сферическими резиновыми элементами или металлические шарниры ШС), т.е. выполняют функции шаровых кинематических пар, что отображено условными обозначениями таких пар на фиг.3-6.

В статическом состоянии привода сила тяжести G двигателя уравновешивается силами упругости F пружин 11, определяемыми из соотношения (см. фиг.3) Fl₂ (G/4)l₁.

При передаче вращающего момента М от вала двигателя к колесной паре одна пара вертикальных тяг 9 растягивается силами R, а другая сжимается такими же силами (см. фиг.4). Уравнительный вал 6 скручивается двумя равными и противоположно направленными моментами M_у Rl₁. На кузов через подшипники 7 передается реактивный момент M_r M.

При движении в кривых, которое характеризуется поворотом тележки вокруг вертикальной оси Z (см. фиг.5), со стороны горизонтальных тяг 20 на корпус двигателя 1 действуют силы Т, создающие момент M_Z TL, под действием которого двигатель поворачивается совместно с рамой тележки.

При вертикальных перемещениях кузова и рамы тележки рычажные механизмы подвески обеспечивают вертикальное перемещение двигателя. Звенья рычажного механизма, соединяющего двигатель с рамой тележки, свободно проворачиваются и не препятствуют вертикальному перемещению двигателя, поскольку между средним рычагом 21 и пружинами 22 имеется зазор (см. фиг.6).

При резком торможении, когда двигатель под действием инерционных сил стремится переместиться вдоль продольной оси тележки, происходит выборка зазора и средний рычаг 21 уравнительного вала 18 упирается в ту или иную пружину 22 в зависимости от направления движения и возникающая при этом упругая сила пружины препятствует перемещению двигателя.

Регулирование рычажных механизмов подвески с целью устранения вертикальной расцентровки Z между осями двигателя и колесной парой, возникающей при вертикальных колебаниях и галопировании, осуществляется с помощью гидравлического сервопривода (сервомеханизма), который хорошо известен и широко применяется в различных отраслях техники. С помощью измерительного и преобразовательно-усилительного устройств на вход сервопривода через дифференциальный рычаг 16 подается сигнал, пропорциональный величине расцентровки Z. При перемещении дифференциального рычага, связанного шарнирно со штоком распределительного золотника, масло под давлением поступает в ту или иную рабочую полость силового цилиндра, что приводит к вертикальному перемещению двигателя, направленному на ликвидацию расцентровки.

1. БЕЗРЕДУКТОРНЫЙ ТЯГОВЫЙ ПРИВОД КОЛЕСНО-РЕЛЬСОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА, содержащий асинхронный двигатель с полым валом, охватывающий с радиальным зазором ось колесной пары и посредством муфт связанный с ее колесами, устройство подвески двигателя, отличающийся тем, что устройство подвески двигателя включает в себя четыре вертикальные тяги, попарно одними концами шарнирно связанные с противоположными сторонами корпуса двигателя, а другими — шарнирно с соответствующими рычагами, попарно закрепленными на расположенных со стороны торцов двигателя уравнительных валах, смонтированных в подшипниковых опорах кузова подвижного состава и посредством дополнительных рычагов связанных с сервоприводом.

2. Привод по п.1, отличающийся тем, что сервопривод выполнен в виде гидравлического цилиндра, шток и корпус которого соединены шарнирно с соответствующими дополнительными рычагами, жестко закрепленными в средних частях уравнительных валов.

3. Привод по п.1, отличающийся тем, что он снабжен механизмом стабилизации, включающим в себе смонтированный в подшипниковых опорах тележки уравнительный вал, несущий по концам и в средней части рычаги, при этом концевые рычаги шарнирно связаны с горизонтальными тягами, шарнирно закрепленными на корпусе двигателя с одной его стороны, причем средней рычаг расположен с зазором в промежуточном положении между закрепленными на кронштейнах рамы пружинами.

Источник

Безредукторный тяговый привод эпс

ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ
«Регионального Центра Инновационных Технологий»
Непосредственный тяговый электропривод локомотива

Непосредственный тяговый электропривод локомотива

Тяговые двигатели, возбуждаемые постоянными магнитами и имеющие большое число пар полюсов, позволяют реализовать безредукторный электрический тяговый привод. В этом случае достигается значительное повышение КПД и снижение массы по сравнению с редукторным приводом. Для того чтобы выполнить эти требования, необходимы тяговые двигатели большой мощности с высоким вращающим моментом, к которым относятся машины, возбуждаемые постоянными магнитами. Предпосылки для применения постоянных магнитов в электрических машинах были созданы в 70-х годах прошлого века, когда появились магнитные материалы на базе сплавов железа, неодима и бора (FeNdB). Магниты на их основе имеют устойчивые характеристики в широком температурном диапазоне и приемлемую стоимость, серийно изготавливаются промышленностью.

Появление мощных полупроводниковых приборов, рассчитанных на большие токовые нагрузки и высокую частоту переключения (биполярные транзисторы с изолированным затвором, IGBT модули), создало условия для разработки тягового двигателя на постоянных магнитах, имеющего большое число пар полюсов [1].

Новые магнитные материалы и транзисторы IGBТ (IGBT модули) позволили приступить к работам по созданию мощного тягового двигателя, возбуждаемого постоянными магнитами. Теоретические исследования показали значительные преимущества такого тягового привода по сравнению трехфазным асинхронным электроприводом:
— двигатель на постоянных магнитах может иметь намного большее число пар полюсов, чем трехфазный асинхронный. Этим обеспечивается настолько высокий вращающий момент, что становится возможным реализация безредукторного тягового привода;
— поскольку двигатель уже имеет магнитное поле возбуждения, а редуктор отсутствует, тяговый тракт обладает повышенным КПД. В свою очередь, транзисторы IGBT обеспечивают дальнейшее повышение общего КПД всей системы тягового привода;
— двигатель на постоянных магнитах, обеспечивающий повышенную мощность и вращающий момент, имеет меньшую массу и объем, чем асинхронный двигатель с редуктором;
— двигатель с ротором, возбуждаемым постоянными магнитами, может без преобразователя передавать энергию торможения на тормозные резисторы.

Рассмотренные преимущества обеспечивают следующее:
— малая масса и высокий КПД позволяют экономить энергию, затрачиваемую на тягу, и улучшать энергетические и экологические показатели тягового подвижного состава;
— малая неподрессоренная масса снижает нагрузку на железнодорожный путь;
— распределенный тяговый привод позволяет реализовать более простую концепцию электропоездов. При этом уменьшается масса тягового привода и одновременно повышается его установленная мощность. Это позволяет создавать подвижной состав с пониженным уровнем пола, в котором осевые нагрузки могут распределяться более равномерно;
— исключаются все недостатки, связанные с редукторным тяговым приводом, а именно использование дополнительного пространства, износ, загрязняющие окружающую среду потери масла, пожароопасность. Последнее обстоятельство имеет особое значение, если охлаждение двигателя на постоянных магнитах реализуется без использования масла;
— возможно простое решение системы электрического тормоза с задаваемым замедлением, поскольку двигатель в генераторном режиме надежно переключается на тормозные резисторы.

При разработке тягового двигателя на постоянных магнитах с большим числом пар полюсов определились две разные концепции:
— синхронный двигатель;
— машина с поперечным потоком.

Обе концепции различаются расположением магнитной цепи. В синхронном двигателе полюсные магниты (как в машине постоянного тока) дискретно расположены в статоре и несут на себе обмотку. Магнитный поток замыкается через них параллельно направлению вращения ротора.

В машине с поперечным потоком нет явно выраженных полюсных магнитов, несущих обмотку. Здесь статорные обмотки расположены концентрично оси вращения ротора, а магнитный поток замыкается поперечно направлению вращения ротора.

Машины на постоянных магнитах могут также различаться типом ротора:
— в машине с активным ротором все магниты расположены на роторе, а обмотки – на статоре;
— в машине с пассивным ротором все магниты и обмотки расположены на статоре.

Разработчики руководствовались следующими требованиями заказчика:
— двигатель без редуктора должен соответствовать тяговой характеристике электропоезда, т. е. развивать силу тяги при трогании 18,7 кН, продолжительную мощность 500 кВт, обеспечивать максимальную скорость движения поезда 330 км/ч +10 %;
— двигатель на постоянных магнитах должен размещаться в том же монтажном пространстве, что и обычные тяговые двигатели поезда;
— тяговый привод с двигателем на постоянных магнитах должен иметь уменьшенную массу;
— КПД тягового привода должен быть выше, чем на обычном электропоезде.

Синхронный тяговый двигатель разработан в виде двух симметричных секций мощностью по 250 кВт с полым ротором. Эти секции состыкованы на оси колесной пары и подвешены к раме тележки (рис. 1). Двигатель представляет собой машину с внешним ротором, в которой возбуждение осуществляется мощными постоянными магнитами, а обмотки охлаждаются маслом.

Рисунок 1. Синхронный двигатель с возбуждением от постоянных магнитов, установленный на колѐсной паре:

1 – колѐсная пара;
2 – кожух двигателя;
3 – ротор с постоянными магнитами;
4 – статор с обмотками;
5 – элементы крепления двигателя к раме тележки;
6 – несущий диск;
7 – муфта

Внешние роторы секций имеют исполнение, обеспечивающее оптимальный вращающий момент, статоры расположены внутри. Каждый ротор имеет корпус из пластмассы, армированной стекловолокном, в нишах которого магниты закреплены на клее таким образом, что образуют кольцевой магнитный поток. Всего по окружности ротора размещено 56 высокоэнергетичных магнитов из сплава FeNdB. Дополнительно магниты закреплены бандажами, изготовленными из композитов, содержащих углеродное волокно. Благодаря этому в области бандажей не образуются вихревые токи.

Смонтированный на роторе вентилятор служит для обеспечения циркуляции воздуха внутри двигателя. Секции ротора вращаются на роликовом подшипнике, неподвижное наружное кольцо которого связано со станиной статора. Вращающий момент передается от ротора на ось колесной пары с помощью муфты.

Магнитно-активная часть статора выполнена из обычной электротехнической стали и снабжена пазами специальной формы. Обмотка, состоящая из 24 катушек, погружена в масло, т.е. имеет непосредственное масляное охлаждение. Лобовые части обмоток имеют особую форму, обеспечивающую оптимальную отдачу тепловых потерь масляной ванне. Статор уплотнен бандажами.

Пары расположенных друг против друга катушек обмотки включаются параллельно, образуя группы. Три расположенные рядом группы образуют секцию обмотки. Каждая такая секция получает питание от отдельного преобразователя на силовых транзисторах IGBT.

Корпус двигателя образован в основном станиной статора, кожухом и элементами подвески к раме тележки. К вводам, расположенным на корпусе, подключаются провода как силовые, так и цепей управления. Кроме того, в нижней части корпуса расположены подводы для охлаждающего масла.

С помощью системы из двух плоских кольцевых обмоток, источника питания, расположенного в корпусе тягового преобразователя, и блока оценки информации, образующих синус-косинусный вращающийся трансформатор, обеспечивается бесконтактное регулирование положения полюсов, необходимое для коммутирования двигателя.

Система контроля температуры защищает двигатель от тяжелых повреждений и гибко реагирует на временные подъемы температуры.

Двигатель с поперечным полем является электрической машиной относительно новой концепции. Его основное отличие от синхронной машины на постоянных магнитах, заключающееся в ином расположении обмотки, при заданном монтажном пространстве дает широкие возможности оптимизации двигателя в отношении массы и вращающего момента. Обеспечивая большой вращающий момент при небольших размерах, такой двигатель в наибольшей мере подходит для реализации безредукторного тягового привода.

На рис. 2 представлены основные элементы конструкции статора и ротора. Эта машина, как и рассмотренная синхронная, состоит из двух секций, каждая из которых имеет собственную магнитную цепь. Эти цепи сконструированы таким образом, что поз-воляют во всех режимах стабилизировать момент вращения [2].

Рисунок 2.
Двигатель с поперечным полем:

1 – корпус с рѐбрами жѐсткости и охлаждения;
2 – постоянный магнит;
3 – обмотки с расположенными между ними каналами охлаждения;
4 – ярмо из магнитомягкого железа;
5 – канал охлаждения боковой части корпуса;
6 – пассивный ротор

Ротор выполнен пассивным, благодаря чему достигается его высокая механическая прочность. Он набран из пакетов круглых листов электротехнической стали толщиной 0,2 мм с пазами, расположенными в соответствии с полюсным делением. Все листы каждого пакета имеют в определенном месте разрез. Это необходимо для того, чтобы в железе ротора не возникали вихревые токи, обусловленные колебаниями магнитного потока.

Пакеты железа закрепляются на дисках ротора, изготовленных из пластика, армированного стекловолокном, и дополнительно стягиваются шпильками. Три диска ротора соединены с полым валом двигателя с помощью стальных крепежных колец, имеющих мелкие зубцы на внутренней поверхности. Когда крепежное кольцо насаживается на полый вал, зубцы входят в соответствующие пазы на поверхности этого вала.

В статоре кольцевая обмотка изнутри и снаружи охватывается магнитопроводом, образованным чередующимися стержнями из постоянных магнитов и ярмами из мягкого железа. Конструкция катушек обмотки и магнитопровода позволяет реализовать необычно большое число пар полюсов, равное 45. При этом образуемое ими магнитное поле имеет поперечное направление потока.

В ярмах сердечников происходит наложение потоков постоянных магнитов и поля, наводимого током в обмотке. Этот суммарный поток замыкается через зубцы магнитопровода ротора. Если обмотка питается переменным током, который синхронизирован с частотой вращения ротора, тогда в каждый момент времени половина постоянных магнитов статора создает усилие, воздействующее на ротор. Таким образом, двигатель получает момент вращения.

Наружная и внутренняя части магнитопровода в статоре соединены между собой керамическим кольцом двутаврового сечения. В нем имеются каналы охлаждения и размещены обе секции обмотки, отдающие тепловые потери охлаждающей жидкости, которая представляет собой смесь воды с гликолем. Использование керамики исключает возможность возникновения электрических потерь, вызываемых вихревыми токами, и обеспечивает относительно высокую теплопроводность. Кроме того, керамика выполняет функции электрического изолятора.

Корпус двигателя состоит из пяти частей, причем та его часть, под которой расположены элементы магнитопровода, имеет ребра, которые увеличивают жесткость конструкции и одновременно улучшают условия охлаждения. По бокам корпуса имеются каналы охлаждения, для которого здесь также используется смесь воды с гликолем. Примыкание к зоне ротора выполнено с применением лабиринтного уплотнения. На корпусе имеются точки крепления двигателя к раме тележки, воспринимающей реакцию вращающего момента.

Подшипники качения в двигателе электрически изолированы за счет использования шариков из керамики. Полый вал двигателя выполнен из алюминия.

Преобразователь на силовых транзисторах IGBT питает двигатель напряжением переменного тока, которое можно повышать до 1,8 кВ. Частота тока также регулируется, при этом ее максимальная величина составляет 1380 Гц.

По сравнению с трехфазными асинхронными тяговыми двигателями машины, возбуждаемые постоянными магнитами, имеют ряд принципиальных особенностей.

Вращающееся поле статора в такой машине должно быть точно синхронизировано с частотой вращения ротора и зависит от его положения. В связи с этим для каждой машины необходимы система, с высокой точностью определяющая положение ротора, и отдельный преобразователь.

В машине на постоянных магнитах поле возбуждения отключить невозможно, поэтому внутрь нее всегда могут попадать магнитные загрязнители, например металлическая пыль от тормозных колодок. В связи с этим одним из обязательных условий применения таких машин является их герметичное исполнение.

Поскольку большое число пар полюсов обусловливает достаточно высокую основную частоту тока катушек, кривая которого к тому же имеет прямоугольную форму, возникает большое число гармоник широкого спектра частот. Взаимодействуя с собственными частотами элементов машины, эти гармоники могут стать причиной возникновения значительного шума. Кроме того, обусловленные ими электромагнитные воздействия не должны превышать допусков, установленных на железных дорогах.

Машина с активным ротором, т. е. несущим постоянные магниты, имеет свои дополнительные особенности. С одной стороны, такой двигатель способен переходить в режим электрического реостатного торможения при отключенном тяговом преобразователе, что позволяет причислить его к электрическим машинам, обеспечивающим надежное торможение. С другой стороны, пропорциональность частоты вращения постоянных магнитов ротора индуцируемой электромагнитной силе означает, что при снижении уровня напряжения промежуточного звена до определенной величины задаваемые значения частоты вращения и соответственно скорости движения поезда не могут быть достигнуты. В связи с этим режим напряжения промежуточного звена должен надежно контролироваться, а в процессе регулирования двигателя по возможности чаше должны использоваться возможности ослабления поля.

При отключенном тяговом преобразователе активный ротор возбуждает в железе статора вихревые токи, величина которых зависит от частоты вращения двигателя, работающего в режиме холостого хода, т.е. когда поезд движется на выбеге. Возникающие при этом тепловые потери должны отводиться системой охлаждения во избежание термических повреждений двигателя.

При коротком замыкании в обмотках статора также возможны термические повреждения, так как даже при отключенном тяговом преобразователе подпитка короткозамкнутой обмотки током продолжается в результате вращения магнитов ротора. Таким образом, для машины с активным ротором необходим надежный отвод тепловых потерь в режиме короткого замыкания [3].

В таблице 1 приведены основные технические данные двигателей на постоянных магнитах обоих рассмотренных типов в сравнении с характеристиками типового асинхронного тягового двигателя поезда. Синхронный двигатель на постоянных магнитах обладает следующими преимуществами:
— более высоким в среднем на 3 % КПД;
— меньшей на 270 кг (25 %) массой;
— меньшей на 50 мм (7 %) длиной.

Двигатель с поперечным полем имеет:
— более высокий (на 5 %) КПД;
— меньшую на 650 кг (60 %) массу;
— меньшую на 350 мм (50 %) длину.

Параметр	Тип двигателя
	Типовой асинхронный двигатель с редуктором	Синхронный двигатель с постоянными магнитами	Двигатель с поперечным полем
Номинальная мощность, кВт	500	500	500
Передаточное число редуктора	1 : 2,79	без редуктора	без редуктора
Пусковой момент, кН·м	3,2	9	9
Максимальная частота вращения, об/мин	5880	2300	2300
Масса, кг:
— тягового двигателя	750	800	400
— редуктора	300	без редуктора	без редуктора
— муфты	50	30	50
— КПД, %:
— тягового двигателя	94,5	94,5	96,5
— редуктора	97	без редуктора	без редуктора
— общий	91,5	94,5	96,5
Наружный диаметр двигателя, мм	560	610	700
Осевая длина, мм:
— двигателя	600	650	380
— редуктора	100	без редуктора	без редуктора
Внутренний диаметр полого вала, мм	цельный вал	200	150

Заключение

Обе спроектированные машины при испытаниях на стендах полностью подтвердили принципиальную возможность использования их в качестве тяговых двигателей. Подтвержден также ожидаемый потенциал улучшения характеристик по сравнению с существующим уровнем тяговой техники. По степени готовности к практическому использованию в тяговом приводе синхронная машина на постоянных магнитах превосходит машину с поперечным полем, которая, однако, оказалась лучшей по максимальному КПД, массе и объему.

Важным эксплуатационным аспектом является вращение активного ротора при отключенном тяговом преобразователе, требующее надежных мер защиты от термических перегрузок, вызываемых вихревыми токами и короткими замыканиями в обмотке.

Внедрение тяговых двигателей с возбуждением от постоянных магнитов станет реальным, если будут обеспечены совместимость этой технологии с существующими условиями эксплуатации тягового подвижного состава.

ЛИТЕРАТУРА

1. T. Koch et al. Eisenbahningenieur // Berlin, 2007.
2. T. Klockow et al. Elektrische Bahnen // Berlin, 2003.
3. Алексеев В.В., Козярук А.Е., Загривный Э.А. Электрические машины // СПГГИ им. Г.В. Плеханова, 2006.

Марков А.М. Статья «Непосредственный тяговый электропривод локомотива»

Источник