Тяговый электропривод (ТЭП) локомотивов значительно совершенствуется в связи с повышением уровня и скорости электродвижения, а также изменением схемотехники привода и необходимостью повышения энергоэффективности. Зарубежная оптимизация алгоритмов управления ТЭП, реализованная в 1980-х годах и отраженная в [1–4], становится общепринятой и необходимой для реализации в отечественных специфичных условиях. Эти условия предъявляют более жесткие требования к надежности, стоимости и энергоэффективности ТЭП сравнительно с зарубежными решениями из-за повышенной дальности пробега и более суровых климатических условиях. Наибольшие подвижки связаны с переходом от коллекторного привода к асинхронному приводу на основе асинхронного двигателя (АД), который реализует более совершенные алгоритмы электродвижения. В свою очередь, наряду с АД еще более совершенными становятся привода с синхронными двигателями с постоянными магнитами (СДПМ).
Цель статьи состоит в анализе характеристик АД и СДПМ и выработке критериев оптимизации ТЭП маневрового тепловоза и электровоза.
Установившемуся режиму работы АД соответствует T-образная схема замещения АД, изображенная на рис. 1, где Iμ — ток намагничивания двигателя; I1, I2’ — ток статора и приведенный ток ротора; ψ1, ψ2’ — потокосцепление статора и приведенное потокосцепление ротора; U1 — фазное напряжение статора; R1, R2’ — активное сопротивление статора и приведенное сопротивление ротора; L1, L2’ — индуктивность рассеивания статора и приведенная индуктивность ротора; Lμ — индуктивность намагничивающего контура.
Схема замещения фазы АД используется для анализа его статических характеристик. Наиболее рациональным способом плавного регулирования угловой скорости является частотное регулирование (ЧР), которое базируется на линейной зависимости угловой скорости магнитного поля статора от частоты ω0 напряжения питания:
где рn — число пар полюсов фазы двигателя.