2 Особенности конструктивного исполнения тягового привода вентильно-индукорного типа

Для тяговых двигателей транспорта характерны относительно большая мощность (сотни киловатт) и высокие требования к надёжности при работе в условиях повышенных вибраций, резко меняющихся нагрузок.

При проектировании и изготовлении тяговых ВИД целесообразно использовать весь спектр технических решений, накопленных за многие десятилетия создания и эксплуатации тяговых двигателей коллекторного и бесколлекторного исполнения. Это касается в первую очередь вопросов проектирования корпуса и подшипниковых узлов тягового двигателя: применение бескорпусной конструкции статора и специальной изолирующей вставки для предотвращения протекания через подшипники циркуляционных токов.

Для тяговых ВИД характерны относительно высокие частоты перемагничивания магнитопровода: в номинальном режиме 150–350 Гц. Для снижения потерь в стали листы статора и ротора штампуются из тонколистовой электротехнической стали с повышенным содержанием кремния (обычно марки 2412 толщиной 0,5 мм или 0,35 мм) с теплостойким изоляционным покрытием. Крайние листы с уменьшенной шириной и высотой зубцов,выполняют роль нажимных пластин и изготавливаются из листов конструкционной стали толщиной 5 мм.

Сосредоточенные катушки в тяговых ВИД большой мощности изготавливаются из шинной меди путем намотки на узкую сторону шины – «на ребро». С одной стороны, при формировании такой катушки должно быть выполнено технологическое требование по соотношению сторон применяемой медной шины: отношение широкой стороны к узкой не должно превышать значения 15. С другой стороны, для снижения добавочных потерь в пазовой части катушки от высокочастотных полей пазового рассеяния высота проводника должна быть не более 2,5–3 мм.

Кроме того, вследствие применения в ВИД открытых пазов переменное высокочастотное магнитное поле проникает в паз из области воздушного зазора и пронизывает широкую сторону медной шины катушки. Это вызывает дополнительные потери в прилегающих к воздушному зазору витках. Причём в двигательном режиме указанные потери и соответственно дополнительный нагрев имеют место в набегающей части катушки, а в генераторном режиме – в сбегающем. Величина дополнительных потерь может быть весьма значительной и вызвать подгорание изоляции и замыкание этих витков. Поэтому, в тяговых ВИД с обмоткой из шинной меди рекомендуется удалять от воздушного зазора крайние витки катушки.

В отличие от тяговых двигателей асинхронного и синхронного типа катушки тяговых ВИД имеют короткие и жёсткие лобовые части. Это обеспечивает им жёсткость и повышенную надёжность в условиях вибраций, характерных для эксплуатации двигателей, применяемых на транспорте.

Одноимённые катушки обмотки соединяют между собой в фазные группы с помощью шинных или кабельных перемычек.

На характеристики ВИД существенное влияние оказывает величина воздушного зазора. Следует иметь в виду, что при уменьшении зазора в ВИД уменьшается фазный ток и повышаются энергетические характеристики, а в отличие от других типов электрических машин не возникает негативных факторов, ухудшающих его параметры. Поэтому величина воздушного зазора в ВИД выбирается минимально возможной по условиям его технологической выполнимости и сохранения в процессе эксплуатации.[3]

Наиболее проблемным для тягового ВИД вопросом является его охлаждение. Объективной причиной сложности охлаждения является сосредоточенный характер обмотки и сравнительно малое количество катушек, что приводит к относительно большой массе каждой катушки, с одной стороны, и неразвитости теплоотводящей поверхности катушек, с другой стороны. Если в асинхронных и синхронных машинах число пазов на статоре находится в пределах 60–90, то в ВИД – 12–18, поэтому эффективность применения вентиляционных каналов в ВИД невысока. В результате, имея более высокие по сравнению с указанными машинами значения КПД, ВИД склонен к перегреву и требует дополнительных мер по его охлаждению.

Следует также помнить о характерных для ВИД повышенных пульсациях электромагнитного момента. Радикальной мерой снижения пульсаций является повышение числа фаз двигателя. Кроме того, пульсации момента могут быть снижены в результате формирования специальных алгоритмов управления питания фазных обмоток ВИД.