Синхронные двигатели с постоянными магнитами имеют больший КПД (благодаря отсутствию потерь в роторе), чем асинхронные. Соответственно, меньшее выделение тепла требует меньших усилий для охлаждения таких синхронных двигателей по сравнению с обычными асинхронными. Этот фактор позволил разработать малошумный, энергосберегающий и практически не требующий технического обслуживания синхронный тяговый двигатель с постоянными магнитами в герметизированном исполнении, массогабаритные и мощностные характеристики которого практически те же, что и у самовентилируемых асинхронных двигателей.

 

§Технические требования

Опытный образец нового ТЭД изготовлен в основном для того, чтобы убедиться в эффективности системы охлаждения и понижения уровня шума.  Технические требования к нему были составлены так, что бы его характеристики были подобны характеристикам обычного ТЭД.

 

§Электротехническая составляющая

ØВ опытном двигателе постоянные магниты встроены в железный сердечник ротора.

ØМагниты расположены в V-образных полостях ротора для увеличения выпуклости их характеристики, что необходимо для генерирования крутящего момента магнитного сопротивления.

ØНовый двигатель может развивать достаточно высокий вращающий момент при относительно малом токе.

 

§Решение проблем нагрева

ØВнутренняя циркуляция охлаждающего воздуха

Ротор электродвигателя  расположен внутри статора, единственным практически осуществимым способом его охлаждения является обеспечение интенсивного воздухообмена. Значение температуры магнитов должно быть ниже чем температуры обмотки статора, для этого на валу двигателя установлен вентилятор (аналогичный вентилятору самоохлаждаемых электродвигателей обычного типа), обеспечивающий принудительное прохождение находящегося внутри двигателя воздуха через теплообменник, закрепленный снаружи над двигателем. Из теплообменника охлажденный воздух возвращается в двигатель и проходит по выполненным в роторе каналам, охлаждая его.

 

ØОхлаждение подшипников

На стороне двигателя, где расположены шестерня тягового редуктора и основной вентилятор, на валу снаружи установлено небольшое вспомогательное вентиляторное колесо, обеспечивающее при вращении дополнительную подачу воздуха для охлаждения корпуса подшипника.

ØВнешнее охлаждение

При движении поезда имеет место встречный поток воздуха. Для рационального использования этого  воздушного потока на поверхности предложенного тягового двигателя предусмотрено размещение большого числа ребер, обращенных в направлении движения.

ØРазрезные магниты

Для уменьшения энергетических потерь, при повышении температуры магнитов, они выполнены разрезными и изолированы перед помещением их в ротор.

ØРезультаты испытаний

Нагрев каждого из конструктивных элементов электродвигателя не выходит за установленные пределы. Более того, рост температуры оказался столь небольшим, что есть возможность повышения мощности двигателя.

§Акустические испытания

Ротор электродвигателя с постоянными магнитами имеет гладкую поверхность, в то время как на поверхности роторов  обычного двигателя, в том числе асинхронного, расположены медные обмотки, которые создают дополнительный аэродинамический шум. Уровень шума нового двигателя при частоте 5000 об/мин оказался более, чем на 10 дБ ниже, чем у электродвигателя обычного типа. Это подтверждает меньшую шумность нового герметизированного двигателя.

§Расчет потребления энергии

Потери в меди ротора имеют место только в обычном электродвигателе. Поэтому энергопотери опытного двигателя в режиме тяги меньше, чем у обычного.  Хотя потери в железе статора имеют место только в опытном двигателе, механические потери в нем слишком малы по сравнению с суммой таких потерь в обычном двигателе. Следовательно, можно сделать вывод, что опытный тяговый двигатель с большой степенью вероятности является более энергосберегающим, чем обычный, вне зависимости от характера эксплуатации в электропоезда разного типа.

 

§Заключение

Результаты многоаспектных поставленных испытаний опытного тягового двигателя показали, что температура его нагрева не выходит за определенные пределы, а уровень шума на 10 дБ ниже, чем у обычных тяговых двигателей. Так же, новый двигатель потребляет приблизительно на 10% меньше электроэнергии, чем обычные. Таким образом, герметизированный синхронный электродвигатель с постоянными магнитами, обладает сравнимыми с обычными тяговыми двигателями массогабаритными и мощностными параметрами, но превосходит с точки зрения нагрева, акустических характеристик и энергопотребления.

 

§Примеры применения синхронных тяговых двигателей возбуждением от постоянных магнитов