Вопросы оптимизации тяговых электродвигателей (ТЭД) применительно к электрифицированному ж/д транспорту и другим применениям стали весьма актуальны в связи с появлением новых типов электромашин (ЭМ) в сочетании с новыми технологиями микроэлектроники и силовых полупроводников (СПП). Повышение полюсности ЭМ и частоты преобразования СПП открывает широкие перспективы оптимизации электроприводов. Цель статьи состоит в анализе критериев оптимизации ТЭД применительно к тяговому приводу локомотивов.
Эволюция ТЭД в общем случае связана с динамикой развития электромашин (ЭМ), которые переходят к 6-му технологическому укладу в составе 4-й промышленной революции. Уклад характеризуется взаимопроникновением ЭМ и новыми технологиями, связанными с сочетанием: микроэлектроники для систем управления (СУ), высоковольтных силовых полупроводников (СПП), новых композитных и магнитных материалов. Наряду с широкоприменяемыми коллекторными машинами (КМ), появился ряд машин, например, вентильно-индукторные, синхронно-реактивные или основные типы синхронных машин с постоянными магнитами (СМПМ), которые вообще не могут работать без преобразователей частоты (ПЧ).
При использовании ЭМ с ПЧ требуются изменения в конструкции машин – в системе изоляции и подшипниках. Многие технические системы развиваются совместно, причем сила связи между такими системами усиливается с процессом эволюции. Совместная эволюция ЭМ и ПЧ с использованием СПП является хорошим примером постепенной интеграции ЭМ, ПЧ и СУ. Объем и масса СУ и ПЧ становятся все более незначительными по сравнению с объемом и массой управляемых данными ПЧ электрических машин. Стоимость ПЧ также снижается по сравнению со стоимостью машины. Эволюция конструкции ЭМ является продуктом взаимодействия многочисленных трендов с различными весами и направлениями.
Критерии оптимизации ЭМ и ТЭД:
– стоимость (цена), включая капитальные и эксплуатационные затраты;
– надежность, включая срок службы;
– энергоэффективность (КПД, cosφ);