ТЯГОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ
равна нулю, однако с ее ростом ли-
нейно возрастает. Для поддержания
постоянной величины крутящего мо-
мента в зоне 1 (см. рис. 4 и 5) следу-
ет увеличивать напряжение питания.
Крутящий
момент
электриче-
ской
машины представляет собой
произведение магнитного потока и
тока. Силовой полупроводниковый
преобразователь регулирует питаю-
щее постоянное или однофазное на-
пряжение
таким
образом,
чтобы
значения тока в обмотках двигателя
находились в допустимых пределах.
Наиболее современным решением
является
использование
преобра-
зователей
на
основе
биполярных
транзисторов с изолированным за-
твором (ЮВТ) с широтно-импульс-
ной модуляцией.
В зоне 1, где сила тяги постоян-
на,
напряжение
в
случае
асин-
хронного
двигателя — и
частота)
должно возрастать пропорциональ-
но частоте вращения двигателя, при
этом
значение
произведения
маг-
нитного потока и тока, т.е. крутя-
щего момента, поддерживается по-
стоянным. При превышении номи-
нального значения частоты враще-
ния
приложенное напряжение
не
может быть увеличено из-за огра-
ничений параметров силового пре-
образователя и изоляции двигате-
ля. Однако с точки зрения механи-
ческих характеристик частота вра-
щения может быть выше.
Переход в зону 2 осуществляется
посредством ослабления поля, при
этом уменьшается противо-ЭДС или
(для СДПМ) осуществляется проти-
водействие ее влиянию. В двигате-
лях постоянного тока это достига-
ется уменьшением величины тока,
протекающего
через
обмотку
воз-
буждения, за счет включения парал-
лельно ей сопротивления ослабле-
ния поля, в традиционном синхрон-
ном двигателе — путем уменьшения
тока в обмотке ротора. В асинхрон-
ном двигателе ослабление поля про-
исходит автоматически с увеличени-
ем частоты тока обмотки статора, в
то время как питающее напряжение
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2011, №6
остается неизменным. В СДПМ осу-
ществить ослабление поля сложнее,
поскольку поле ротора создается по-
стоянными магнитами.
В зоне 3 магнитный поток и ток
уменьшаются быстрее, чем в зоне
постоянной
мощности,
чтобы
из-
бежать
превышения
предельных
электрических и механических ха-
рактеристик двигателя. Например,
в двигателе
постоянного тока
не-
зависимого
возбуждения ток
яко-
ря также снижается в зависимости
от скорости.
Преимущества и недостатки
Основная причина расширения
применения СДПМ в тяговом при-
воде — их
существенные
преиму-
щества по сравнению с трехфазны-
ми асинхронными двигателями. В
пределах примерно 80% рабочего
диапазона КПД СДПМ больше на
1-2%, а удельная
мощность — на
30-35%, вследствие чего при рав-
ной
мощности
габариты
и
масса
СДПМ примерно на 25% меньше.
В
асинхронном двигателе
име-
ет место нагрев ротора вследствие
наличия мощности скольжения. В
СДПМ он фактически отсутствует,
благодаря чему нет необходимости
в охлаждении ротора. Статор СДПМ
обычно
полностью
герметичен
и
имеет жидкостное охлаждение, что
способствует повышению надежно-
сти двигателя. Кроме того, при ис-
пользовании СДПМ возможно осу-
ществлять электрическое торможе-
ние при низких значениях скорости,
что делает принципиально возмож-
ным самоуправляемое торможение
при замыкании накоротко обмоток
статора.
Однако достижение этих
преимуществ невозможно без ком-
промисса. Выявлены семь основных
факторов, препятствующих распро-
странению СДПМ для целей элек-
трической тяги, хотя уже разрабо-
таны методы решения этих проблем.
Ограничения размеров и стоимо-
сти
четырехквадрантного преобра-
зователя и двигателя не позволяют
использовать их во всем диапазоне
скорости только путем поддержания
величины
питающего напряжения,
настолько превышающей
противо-
ЭДС, чтобы величина тока была до-
статочна для достижения требуемого
крутящего момента. Проблема может
быть решена с помощью ослабления
поля, благодаря чему создаются зо-
ны постоянного момента и постоян-
ной мощности. Поскольку регулиро-
вание поля, создаваемого постоян-
ными
магнитами,
затруднительно,
ослабление поля достигается пода-
чей тока в обмотки статора. Таким
образом создается поле с вектором
напряженности, направленным про-
тив вектора напряженности поля, со-
здаваемого постоянными магнитами
ротора. При этом возникают потери в
меди обмотки статора, что в некото-
рой степени снижает положительный
эффект, получаемый благодаря низ-
ким потерям при использовании ро-
тора с постоянными магнитами.
Для управления токами, создаю-
щими эффект ослабления поля, не-
обходимо определить положение ро-
тора с точностью до 1 - 2 эл. град. Для
четырехполюсного двигателя требу-
ется механическое разрешение не ме-
нее чем 1,5 эл. град. Если использо-
вать датчики, от них требуются весь-
ма высокие точность и надежность,
чтобы
обеспечить нормальную ра-
боту системы управления. Возмож-
но управление и без применения дат-
чиков, однако при этом может быть
снижена точность регулирования.
Магнитный поток зависит от тем-
пературы. при этом напряженность
поля снижается примерно на 1% при
увеличении температуры ротора на
10 К. Для СДПМ, которые работают
в температурном диапазоне 200 К
(от -40 до +160 °С), это имеет суще-
ственное
значение.
Поэтому элек-
тронная
система
управления
дол-
жна контролировать рабочую тем-
пературу и учитывать ее при форми-
ровании управляющего сигнала.
Каждый СДПМ требует индиви-
дуального силового полупроводни-
кового регулятора, гарантирующего
предыдущая страница 42 Железные дороги мира 2011 06 читать онлайн следующая страница 44 Железные дороги мира 2011 06 читать онлайн Домой Выключить/включить текст