Важнейшим направлением развития мощных электрических машин переменного тока сегодня является повышение энергоэффективности и надежности установок. Это связано с постоянным ужесточением требований по их эксплуатации на объектах повышенной опасности, с одной стороны, и тенденциями интеграции приводных электрических машин с исполнительными механизмами, с другой [1–4].
Приоритет требованиям по надежности всегда был актуален для различных агрегатов металлургии, электроэнергетических установок электростанций, электроприводов турбомеханизмов (ЭПТК) [5–8]. Поэтому на ранних этапах развития использовались как нерегулируемые надежные синхронные машины, так и частично-регулируемые системы «преобразователь частоты – асинхронный двигатель» и машин двойного питания МДП [9–11].
Однако сегодня приоритеты меняются. Так, 70% текущего парка ЭПТК имеют срок службы свыше 20 лет и выработали свой ресурс при средней наработке на отказ менее 8000 час. При этом основными причинами вывода ЭПТК из эксплуатации являются системы уплотнения, подшипники, редуктор (мультипликатор) и прямой запуск [12–15]. В этой связи реализация новых моноблочных конструкций ЭПТК в безредукторном исполнении с использованием активных электромагнитных подшипников, преобразователей частоты и систем охлаждения обмоток перекачиваемым газом, безусловно, представляет большой интерес [16–18].
Этому способствует и то, что современный этап развития приводных двигателей ЭПТК связан со сменой технологий электромашиностроения, силовой и микропроцессорной техники [19, 20]. Рассмотрим особенности применения новых конструкций машин для ЭПТК компрессорных станций (КС) и инновационные исследования по энергоэффективности и надежности их работы [21–23].
Как известно, главным элементом любого ЭПТК является электрическая машина мегаваттного класса. Именно ее энергетические и динамические характеристики, функциональные возможности, надежность и ресурс эксплуатации определяют конкурентоспособность и технико-экономические показатели ЭПТК в целом и его конкурентоспособность по сравнению с другими вариантами.