В Новочеркасске создали эффективный привод для подвижного состава
Александр Киреев, заместитель директора НИР и ИЦ ВЭлНИИ
Уменьшить долю транспортной составляющей в себестоимости товаров и услуг можно, снизив стоимость жизненного цикла тягового электроподвижного состава.
Решить эту задачу можно, применив новые бесколлекторные электроприводы на базе современных средств управления вместо традиционных коллекторных.
В последние годы наряду с широко используемыми тяговыми приводами с асинхронными и синхронными двигателями с постоянными магнитами интенсивно разрабатывают вентильно-индукторные электроприводы на базе реактивных индукторных двигателей (РИД).
У этого привода есть целый ряд преимуществ, выгодно отличающих его от аналогов. Прежде всего более высокая надёжность, обусловленная конструкцией двигателя. Отсутствие обмоток на роторе, простые сосредоточенные катушки на статоре, не имеющие пересечений в лобовых частях и имеющие малую длину и высокую жёсткость (это особенно важно для транспортной техники, работающей в условиях повышенной вибрации и ограниченного габарита), придают ему самые высокие показатели надёжности среди электрических машин.
Данный привод стоит существенно меньше, поскольку его конструкция проще. По оценке специалистов электротехнических заводов, себестоимость его изготовления в 1,5 – 2 раза ниже, чем себестоимость изготовления асинхронного двигателя, и в 2 – 3 раза ниже, чем синхронного с постоянными магнитами. Ведь в новом двигателе не нужно герметизировать остов и создавать сложную систему охлаждения.
Но самое главное преимущество этого привода – более высокий коэффициент полезного действия. У привода с РИД он на 2 – 5% больше, чем у приводов с асинхронными машинами, и не уступает КПД вентильных приводов с возбуждением от постоянных магнитов. Это приносит экономический эффект в эксплуатации восьмиосного электровоза в среднем около трёх млн руб. в год.
Эксплуатация подвижного состава может стать на 6% дешевле
Высокой надёжностью отличается и преобразователь для питания реактивного индукторного двигателя. Его характерная особенность в том, что между управляемыми ключами всегда оказывается включённой обмотка статора, которая ограничивает скорость нарастания тока, благодаря чему не возникают сквозные короткие замыкания, снижающие надёжность приводов с асинхронными и синхронными двигателями.
Кроме того, новый привод обладает повышенной живучестью, так как выход из строя одной или нескольких фаз не приводит к потере работоспособности привода. Все эти качества делают привлекательным применение вентильно-индукторного электропривода на транспортных средствах, в том числе и на железнодорожном подвижном составе.
За рубежом сейчас разработкой и внедрением РИД на транспорте занимаются ведущие электротехнические компании. Например, британское подразделение корпорации EMERSON создало тяговый РИД для мотор-колёс электромеханических трансмиссий фронтальных карьерных погрузчиков и бульдозеров. Ведут подобные разработки и наши учёные. Специалисты научно-производственного объединения «Эметрон» (Новочеркасск) создали тяговый привод мощностью 250 кВт с реактивными индукторными машинами для дизель-электрического трактора ДЭТ-400 Челябинского тракторного завода.
Сотрудники нашего института ВЭлНИИ совместно с коллегами из ЮРГТУ выполнили теоретические и экспериментальные исследования тяговых индукторных приводов различной мощности, изготовили экспериментальные образцы статических преобразователей и двигателей, в том числе мощностью 720 кВт – для привода электровоза, 350 кВт – для привода электропоезда, 340 кВт – для безредукторного привода тепловоза. В лаборатории ВЭлНИИ на одной тележке моторного вагона электропоезда ЭР9п установили тяговый РИД мощностью 350 кВт типа НТИ-350. Питает двигатель установленный в салоне вагона макетный статический преобразователь, сопряжённый с тяговой обмоткой трансформатора, а управляет им специально разработанная в институте микропроцессорная система. Испытания данного моторного вагона электропоезда, проведённые на обкатном кольце НЭВЗа, подтвердили высокие тяговые и энергетические характеристики нового привода.
Исследования показали, что РИД может иметь большее число пар полюсов, чем трёхфазный асинхронный. Этим обеспечивается высокий вращающий момент, что открывает возможность использовать такие двигатели без редуктора.
Безредукторный привод позволяет существенно упростить экипажную часть тяговой единицы, исключает потери, имеющие место в силовом редукторе, что дополнительно повышает КПД, позволяет в качестве монтажного пространства использовать весь объём между колёсами, т.е. открывает возможность для увеличения осевой мощности тяговой единицы.
Устранение из-под кузова локомотива тяговых редукторов с периодически протекающей жидкой смазкой снижает затраты на эксплуатацию подвижного состава. По расчётам учёных ВНИИЖТа, внедрение безредукторных приводов уменьшит затраты на электроэнергию, топливо и масло на 6%, на ремонт и обслуживание колёсно-моторного блока – в три раза.
Результаты проведённых сотрудниками ВЭлНИИ исследований были рассмотрены на Совете по перспективной технике ЗАО «Трансмашхолдинг» и получили одобрение. В соответствии с принятой программой ВЭлНИИ предложено разработать аванпроект тягового вентильно-индукторного электропривода электропоезда переменного тока.
