Перспективы внедрения асинхронных тяговых двигателей на тяговом подвижном составе

Ле Суан Хонг

Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт», г. Москва

Научный руководитель – Тулупов Виктор Дмитриевич, д.т.н., проф. МЭИ

Возможность практически мгновенного изменения момента двигателя равноценна формированию абсолютно жесткой тяговой характеристики. Поскольку коэффициент сцепления является в принципе величиной случайной, то только присущая АТД характеристика М(V) обеспечивает реализацию предельных по сцеплению сил тяги и торможения.

Второе важное обстоятельство, связанное с управлением асинхронными тяговыми электроприводами, - формирование переходных процессов в приводе, обеспечивающих требуемые механические и энергетические характеристики АТД в широком диапазоне изменения частоты и момента нагрузки. Известно, что сформулированными еще академиком М.П.Костенко законами регулирования частоты и уровня напряжения, прикладываемого к статору АТД, вида невозможно достичь удовлетворительных характеристик АТД. В теории частотно-регулируемого асинхронного привода получили распространение идеи регулирования магнитного состояния АТД в зависимости от момента нагрузки. При этом для обеспечения удовлетворительного качества процессов в электрической части привода система управления скольжением должна быть дополнена автоматическим регулятором тока.

Это предъявляет серьезные дополнительные требования к системе автоматического управления (САУ) асинхронным тяговым приводом (АТП).

Непосредственно с вопросами исследования САУ связаны вопросы их практической реализации. Особенную остроту они приобретают в связи с тем, что в АТП имеет место явно выраженный векторный характер регулируемых величин - токов, магнитного потока, которые изменяются не только в переходных, но и в установившихся режимах. Поэтому при разработке САУ появляются новые задачи, связанные с необходимостью разработки новых, присущих только электроприводу переменного тока функциональных элементов.

Говоря о задачах создания САУ асинхронным тяговым приводом, необходимо указать на отсутствие единых метрологических средств, обеспечивающих работоспособность САУ. В первую очередь это относится к датчикам контролируемых параметров: тока, напряжения, магнитного потока, частоты вращения. В частности, необходимо разработать датчики тока и напряжения с полосой пропускания 1-2 кГц и с гальванической развязкой, обеспечивающей их надежную работу в силовых цепях электроподвижного состава (ЭПС) переменного и постоянного тока.

Анализ электромагнитных нагрузок в преобразовательных структурах асинхронных тяговых электроприводов с учетом отечественной элементной базы позволил выбрать в качестве входного звена преобразовательной системы электропоезда с АТД автономный инвертор тока.

При этом удалось реализовать одновентильное плечо силовой цепи инвертора, охладители которого выполнены на тепловых трубах.

Вывод:

В настоящее время во всем мире широко внедряется ЭПС с бесколлекторными тяговыми электродвигателями, преимущественно АТД. Такой тяговый электропривод позволяет заметно улучшить эксплуатационные качества силового электрооборудования локомотивов. Затраты на ремонт и обслуживание таких электродвигателей могут быть снижены в 2-4 раза. Кроме того, могут быть уменьшены их весогабаритные показатели, а за счет постоянного регулирования момента можно более эффективно использовать сцепление колес с рельсам. На номинальном режиме работы, при хорошей форме выходного напряжения автономного инвертора, асинхронный тяговый электродвигатель по сравнению с коллекторным может иметь более высокое значение КПД [1,2].

И все-таки преимущества АТП локомотивов обосновало его широкое внедрение на тяговом подвижном составе (ТПС) железных дорог стран мира.

2. С.В. Покроский. Улучшение сцепных свойств электровозов с бесколлекторными двигателями. Дисс. Докт. Техн. Наук. - М., 1998, 357с.

3. Эпштейн И.И. Автоматизированный электропривод переменного тока. М. Электроиздат, 1982. – 192с.

4. G. Rratz er al. Die Konzeption dem perspektivesche Triebfarzeuge // Elektrische Bahnen, 1998, No 11, S. 333-337.