Требования к параметрам АТД

Прежде всего рассмотрим требования к активным и индуктивным сопротивлениям обмоток и к фазному напряжению асинхронных тяговых двигателей в расчетном номинальном режиме. Для подавляющего большинства случаев применения АТД можно считать желательным стремление предельно уменьшить активные и индуктивные сопротивления обмоток статора и ротора, насколько это позволяют размеры их активных слоев. Однако в отдельных случаях частотно-регулируемый асинхронный двигатель может накладывать некоторые ограничения на выбор сопротивлений обмоток. Рассмотрим этот аспект детальнее.

Активное сопротивление обмотки статора г_ь Сопротивление г, определяет обычно наибольшую часть основных потерь в машине и нагрев лимитирующей обмотки статора, поэтому нет никаких оснований преднамеренно его увеличивать. Оно должно быть выбрано минимальным по условиям размещения обмотки статора при заданных его размерах и мощности тягового двигателя.

Активное сопротивление обмотки ротора г, (или приведенное его значение К). Номинальное значение электромагнитного момента не зависит от сопротивления обмотки ротора. При заданном суммарном магнитном потоке электромагнитный момент определяется суммарным током ротора 1_гЫ_г или магнитодвижущей силой (МДС) обмотки ротора, приведенной к первичной обмотке, /г«/^, где /_а - ток стержня ротора; #₂ - число стержней ротора; 1'_г - ток ротора, приведенный к обмотке статора; и>₁ - число витков обмотки статора (одной фазы).

Сопротивление обмотки ротора определяет потери в ней, а также значение скольжения для номинального режима.

Для нерегулируемых асинхронных двигателей пусковой момент пропорционален сопротивлению обмотки ротора. Для регулируемых по частоте асинхронных двигателей пусковой момент не зависит от сопротивления обмотки ротора, так как имеется возможность раздельно регулировать фазное напряжение обмотки статора и пусковую частоту. Поскольку при пуске частота тока ротора равна частоте тока обмотки статора (/₂ = }₁), выбором значения напряжения можно обеспечить требуемый для создания нужного пускового момента магнитный поток независимо от сопротивления обмотки ротора.

Разумеется, если сопротивление ротора изменяется (например, от нагревания), то для создания требуемого момента следует корректировать значение потока или частоту тока ротора.

Индуктивное сопротивление обмотки статора от потоков рассеяния х_1а. Желательно иметь значение х_1а для инвертора напряжения наибольшим для ограничения токов высших гармоник (см. п.7.1), но это приведет к уменьшению коэффициента мощности и снижению перегру-жаемости машины по статической устойчивости (см. пп. 7.5, 7.6). Из этих соображений целесообразно иметь наименьшее значение сопротивления х_1а. Однако относительное значение сопротивления х*_а - - *1пЛн0ц/^1НО1| довольно стабильно для широкого класса машин при оптимальном проектировании их и нет возможности значительно уменьшить его значение. Эт(гследует из выражений:

где |*о - магнитная проницаемость воздуха; ш, - число витков обмотки фазы статора; р - число пар полюсов; ч - число пазов на полюс и фазу; /„ - активная длина статора; ?Х-сумма удельных магнитных проводимостей для потока рассеяния; К - коэффициент пропорциональности; А - линейная нагрузка статора; В_в - индукция в воздушном зазоре.

Поскольку оптимальные значения А и Вь достаточно строго ограничены, относительное значение хТ₀ также изменяется мало даже при существенном изменении мощности и размеров машины. Значение х_1а можно уменьшить в основном уменьшая Шх, что возможно при заданном моменте вследствие увеличения В(, и снижения А. Число р обычно задается другими условиями, например предельной частотой инвертора, а увеличение <1 приведет к увеличению 2Х.

Такнм образом, в общем случае значение х₁₀ должно отвечать условиям оптимального проектирования по минимуму массы и максимуму энергетических показателей.

Лишь в двух случаях может потребоваться отступление от оптимального проектирования и выбор значения сопротивления х₁₀ наименьшего из возможных: во-первых, если не удастся выполнить условия статической устойчивости для всех режимов работы, во-вторых, если трудно обеспечить коммутацию у инвертора тока, поскольку х₁₀ входит в контур коммутации и определяет массу коммутирующих конденсаторов, а также влияет на коммутационные перенапряжения.

Индуктивное сопротивление роторной обмотки Х_г (или Хг). В оценке этого сопротивления могут быть использованы практически все соображения, отнесенные к оценке сопротивления Х_х.

Оптимальное значение фазного напряжения для АТД. Для системы электрической тяги постоянно-переменного тока, когда напряжение постоянного тока, являющееся входным для преобразователя частоты, задано, значение фазных напряжений определяется обычно соотношениями, приведенными в главах 5 и 6.

Для системы электрической тяги переменно-переменного тока, когда на ЭПС используется понизительный трансформатор, имеется свобода выбора фазного напряжения, причем это напряжение должно быть оптимальным как для асинхронного тягового двигателя, так и для преобразователя. Длительный опыт эксплуатации тяговых двигателей показывает, что при номинальном напряжении 3000 В тяговые двигатели могут иметь сравнительно небольшое число отказов из-за повреждений изоляции. Однако повреждаемость изоляции у тяговых двигателей с расчетным напряжением 1000 В по меньшей мере в 2 раза меньше, чем при напряжении 3000 В. Для асинхронных тяговых двигателей за расчетное принимается линейное напряжение. Из сказанного следует, что желательно иметь линейное напряжение, в пределах 1800-2500 В, чему соответствуют фазные напряжения 867-1445 В.

2. РЕЖИМЫ РАБОТЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭПС С АСИНХРОННЫМИ ТЯГОВЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ