Современные реалии логистики заставляют осуществить поворот с запада на восток, а также юг и север. Решающую роль при этом играет развитие электродвижения, электровозов, электропривода и тяговых электродвигателей (ТЭД). В отличие от ранее применяемых коллекторных тяговых электродвигателей им на смену приходят асинхронные ТЭД в составе частотно-регулируемого электропривода, а для скоростных электропоездов наиболее востребованы синхронные ТЭД с постоянными магнитами.
Целью статьи является определение предельных значений удельной мощности для различных исполнений привода и асинхронных ТЭД с учетом ограничения по электромагнитной мощности, нагреву, статической устойчивости, а также по работоспособности подшипниковых опор. В [1–4] отражены новые подходы и материалы для электродвигателей, а в [5–7] изложена их методика расчета. В [8–11] приведены данные по опыту разработки ТЭД фирмы Siemens и АО СТМ, а в [12–16] отражен опыт отечественного проектирования ТЭД и приводов АО ТМХ. Наиболее заметный 70-летний вклад внес коллектив разработчиков ВЭлНИИ и НЭВЗ под руководством В. И. Бочарова [12], который сконцентрировал отечественный опыт разработки ТЭД электровозов и послужил основой приведенного материала.
Для любой электрической машины, включая асинхронные, зависимость номинальной мощности от нагрузки, частоты вращения и геометрических размеров определяется соотношением:
Приняты обозначения: nн – номинальные обороты, об./мин.; Da, la – диаметр и длина сердечника якоря, м; А – линейная нагрузка якоря, А/м; Вδ – индукция в зазоре, Тл. Коэффициенты принимаются на основе длительной практики проектирования АТЭД: η = 0,94; ke = Eн /Uн = 0,97; kоб = 0,935 – обмоточный коэффициент; ka = 1,08 – коэффициент поля в зазоре; αδ = 0,7 – коэффициент полюсного перекрытия. Коэффициенты ka и αδ зависят от насыщения зубцовой зоны статора и соответствуют расчетным индуктивностям в зазоре до 1,15 Тл и в зубце до 2 Тл. Коэффициент мощности имеет больший разброс значений в зависимости от числа полюсов, которое определяет соотношение тока намагничивания Iµ и номинального тока Iн. Это соотношение зависит от полюсного деления τ, которое равно: