Электродвижение является наиболее востребованным фактором в мире и в России путем разработки электромобилей (ЭМ) и электролокомотивов (ЭЛ). Их объединяет наличие аккумуляторов и/или водородных накопителей, преобразователей частоты (ПЧ) с системой управления и тягового электродвигателя (ТЭД), работающего на нагрузку в виде колесных пар, движущихся по трассе или по рельсам. В качестве базового ТЭД традиционно выступает асинхронный электродвигатель, однако, за последнее время разработаны и начинают широко применяться синхронные электродвигатели с постоянными магнитами (ПМ), которые имеют преимущества по массогабаритным показателям и энергоэффективности.
В качестве ЭЛ предполагается разработка маневровых и грузопассажирских электролокомотивов, работающих без контактной сети. Для формирования требований к ТЭД для таких ЭМ и ЭЛ необходимо выполнять расчет их тяговых характеристик, что и является целью настоящей работы.
Методика расчета ТЭД изложена в [1]. В [2] показана сложность выполнения расчета ТЭД для судового электропривода из-за многофакторного учета сил сопротивления движению. В [3] методика расчета ПЧ, работающего от аккумуляторов с необходимостью фильтрации и стабилизации напряжения в контуре постоянного тока.
Прогресс в области IGBT-транзисторов и приборов на основе карбида кремния и нитрида галлия [4,5] позволяет повысить их рабочую частоту вплоть до десятков-сотен кГц, что позволяет существенно снизить массогабаритные показатели ТЭД. Расширение применения электрохимических и водородных накопителей электроэнергии отражено в [6].
Номинальная мощность тягового электродвигателя ЭМ Рн равна:
где Рт – требуемая мощность на ободе колеса, Вт;
ηпер = 3,0–4,0 – коэффициент перегрузки (принимается равным 3,0);
ηп = 0,95 – коэффициент передачи;
ηдв = 0,95 – КПД ТЭД.
В свою очередь значение Рт:
где Fт – тяговое усилие на ободе колеса, Н;