Научно-технический центр "Интеллектуальные электронно-механические системы"

     

 

intems@yandex.ru

    Инжиниринговые услуги в разработке и изготовлении силовой электроники и электромеханики

 

Индукторная электрическая машина в транспортных средствах

 

Электромеханическая трансмиссия (ЭМТ) все чаще используется в наземном транспорте. Она особенно перспективна в машинах, работающих в режиме “СТОП-СТАРТ”, в таких как городской транспорт, строительная и специальная техника.

Рассмотрим в чем слабые стороны традиционной механической трансмиссии.

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) имеет высокую топливную эффективность и малый уровень выбросов отработавших газов лишь в ограниченном диапазоне частот вращения коленчатого вала, поэтому целесообразно отбирать от него мощность только после того, как машина уже наберет некоторую минимальную скорость.

Для того чтобы начать движение при большой нагрузке на исполнительный механизм, ДВС оснащается механическим редуктором (коробкой переменных передач (КПП)) и сцеплением, выполняющих функцию своего рода согласующего трансформатора механической энергии.

При затяжных пусках с моментами близкими к номинальному, ДВС работает на номинальной мощности, однако при нулевой частоте вращения колес полезная мощность машины, несмотря на наличие значительного нагрузочного момента, равна нулю. КПД у КПП достаточно высок, а, значит, все потери мощности выделяются деталях сцепления, что сопровождается характерным запахом при работе. Сцепление выходит из строя, и техника на время ремонта выводится из эксплуатации, превращаясь из средства производства в дорогую груду металла. Экономические потери очевидны.

При остановках машины, запасенная кинетическая энергия отдается как в полезную нагрузку, так и выделяется в виде тепла в тормозных механизмах и в ДВС при торможении двигателем. При резких остановках большая часть энергии выделяется в виде тепла.

В машине оснащенной ЭМТ в динамическом режиме работы обеспечивается более качественное согласование ДВС с исполнительным механизмом. Если при торможении в механической трансмиссии часть энергии выделяется в тепло и безвозвратно пропадает, то в ЭМТ она используется  на внутреннее энергопотребление и запасается в аккумуляторных батареях для последующего использования, следовательно, повышается экономичность, надежность и управляемость механизма.

В транспортных средствах с ЭМТ используется мотор-генератор, который предназначен не только для быстрого пуска ДВС, но и для создания электротяги при трогании с места. Мотор-генератор позволяет "сглаживать" пульсации развиваемого ДВС момента, что благоприятно сказывается на снижении вибраций и увеличивает ресурс узлов трансмиссии. Одновременно решается проблема дефицита мощности бортовой электросети, характерная для современных транспортных средств насыщенных электроникой и электромеханикой.

Одним из перспективных направлений электрификации транспорта является использование мотор-колес. В этом случае ротор электродвигателя одновременно является колесом, а статор – ступицей колеса. Такой подход позволяет обеспечивать индивидуальное управление режимом работы каждого колеса отдельно и отказаться от деталей передающих вращающий момент (карданного вала, главной передачи, КПП, полуосей и т.п.).

Частично увеличить экономичность ДВС позволяет стартер-генератор. С целью выполнения международных требований по уровню выброса вредных веществ, ведутся работы по созданию стартер-генераторных установок для  автомобилей с дизельными двигателями, обеспечивающих эксплуатацию автомобиля в режиме “СТОП-СТАРТ” с автоматическим отключением ДВС при остановках. В таком режиме силовой агрегат автомобиля автоматически перестает работать на остановках, а при трогании с места автоматически запускается и переходит в штатный режим, это позволяет снизить расход топлива, уменьшить выбросы отработавших газов при пуске и в переходных режимах. При такой компоновке ДВС ротор стартер-генератора одновременно выполняет функцию маховика, уменьшающего пульсации момента. 

Индукторная электрическая машина (ИМ) является достойным кандидатом на электрификацию трансмиссий. В зависимости от алгоритма управления обмотками она может выполнять функции и электрогенератора, и электродвигателя, т.е. электромотор-электрогенератор в “одном лице”.

Активное использование ИМ стало возможно благодаря ее очевидным и объективным преимуществам:

-высокая надежность и работоспособность в сложных условиях окружающей среды, обусловленные простотой конструкции и высокой технологичностью. В ней полностью отсутствуют механические коммутаторы (коллекторы, токосъемные кольца и щетки) и постоянные магниты, обмотка статора выполнена в виде отдельных катушек. На роторе имеется минимально возможное тепловыделение из-за отсутствия обмоток;

- высокий КПД позволяет использовать ее в качестве электропривода на объектах с ограниченными возможностями по генерации электроэнергии;

- хорошая “управляемость;

- в условиях серийного производства стоимость ИМ на 15-25 % ниже, чем асинхронной аналогичной мощности;

- высокая теплоотдача тепла в окружающую среду и отсутствие тепловыделения на роторе повышает надежность и устойчивость ИМ к длительным перегрузкам;

- малая инерционность ротора;

- возможность получения как низких, так и сверхвысоких частот вращения;

- высокая ремонтопригодность, связана с простотой процесса замены катушки статора;

- возможность работы в режиме электрогенератора;

- повышенная надежность силового инвертора, обусловлена отсутствием возможности протекания сквозных токов через силовые ключи благодаря полумостовой схеме;

- микроконтроллерное управление дает возможность ИМ:

           ·        использовать для управления сложные алгоритмы управления, что значительно улучшает технические характеристики механизма в целом;

            ·        подключаться к персональному компьютеру и через внешний разъем в реальном времени обеспечивать диагностику и управление;

            ·        получить максимальную надежность благодаря широкому спектру защитных функций.

В связи с возрастающими требованиями к энергосбережению и охране окружающей среды, получить существенную экономию топлива и уменьшить выбросы вредных веществ в окружающую среду можно за счет активного использования ЭМТ и полностью электрической трансмиссии, а, следовательно, и тягового электропривода и электрогенератора на основе ИМ.

Таким образом, к перспективным сферам применения тягового электропривода можно отнести машины и механизмы с динамичным режимом работы, осуществляющие затяжные высоконагруженные пуски и быстрые остановки:

·     вилочные электропогрузчи;

·     крановое хозяйство;

·     строительные машины;

·     городской пассажирский транспорт;

·     маневровые тепловозы и тепловозы с двойным питанием (от дизельного топлива и от электросети);

·    вездеходы;

·    мощные следящие системы ориентации  и т.п..

А как вышеописанное подтверждается практикой?

Доказательством перспективности электрификации трансмиссии может служить бульдозерно-рыхлительный агрегат ДЭТ-400Б1Р2 на базе промышленного трактора ДЭТ-400. На тракторе ДЭТ-400 впервые в практике отечественного и зарубежного тракторостроения применена электромеханическая трансмиссия с вентильно-индукторными электромашинами и электронной системой управления обеспечивающей автоматическое регулирование скорости в зависимости от тягового усилия.

Бульдозер ДЭТ-400 получил следующие преимущества по сравнению с тракторами ДЭТ-250М2 и трактора ДЭТ-320:

·  Надежность в 2 раза превосходит надежность машин с постоянным током. Ротор индукционного двигателя не имеет обмотки и поэтому выход двигателя из строя по причинам, связанным с ротором, практически исключается. В случае повреждения катушки стартера, она может быть заменена без демонтажа соседних катушек, что невозможно выполнить на электродвигателях другого типа.

·  Возможна работа в условиях повышенной влажности;

·  Массогабаритные показатели снижены на 10 - 15 %; на 500 кг сокращен расход меди;

·  Силовой генератор трансмиссии может использоваться как дизель-генераторная установка;

·  Бесконтактная система управления с бортовым компьютером и графическим дисплеем в кабине обеспечивает автоматическое регулирование работы электромашин и информированность оператора о текущих режимах работы электромеханической трансмиссии;

·  КПД электродвигателя - 92-97%;

·  Обеспечивается практически идеальная тяговая характеристика во всем тяговом диапазоне, т.к. система управления постоянно поддерживает загрузку двигателя на номинальном режиме.

Трактор управляется, как легковая иномарка с автоматической коробкой передач, что обеспечивает плавность хода и мгновенный реверс – движение вперед-назад. В то же время бульдозер получился необыкновенно скоростным: конструкторам даже пришлось поубавить его резвый «запал». Впрочем, легкость в управлении – фирменный знак всех ДЭТов. А вот быстрота хода определяет конкурентные преимущества нового четырехсотого. К примеру, на Украине есть Верхнеднепровский горно-обогатительный комбинат с карьером глубиной 8 километров . Наш богатырь спустится на его дно за час. Американский «Катерпиллер» с аналогичными техническими характеристиками проделает тот же путь за полную рабочую смену.”

 

Ещё в далеком 2002 году, ведущие специалисты "БелАЗа" стояли перед выбором компонентов ЭМТ для своего богатыря, рассматривая различные варианты приводов (журнал "Горная Промышленность" №6 2002). Но, как показала практика, выбор был сделан в пользу асинхронного электродвигателя (АД) с векторным управлением. По сообщению maxi-exkavator.ru “Первая партия из четырех карьерных самосвалов БелАЗ-75309 была выпущена по заказу ОАО «Холдинговая компания «СДС-Уголь» в январе-феврале 2011 года. … Организация выпуска карьерных самосвалов с комплектными электроприводами является совместным проектом ОАО "БелАЗ" и ОАО "Силовые машины", ведущими сотрудничество в рамках Программы торгово-экономического, научно-технического и гуманитарного сотрудничества между правительством Санкт-Петербурга и правительством Республики Беларусь на 2009–2011 годы.”

Однако, необходимо помнить, что в режиме затяжного пуска под нагрузкой, при преодолении крутых подъемов, на роторе АД может выделяться до половины суммарных потерь АД, а, следовательно, необходимо применять специальные меры для охлаждения ротора. ИД свободен от этого недостатка. 

Думается, что ОАО "БелАЗ", в ближайшем будущем,  проявит интерес к ИД.

 

При использовании этого материала ссылка на источник обязательна.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Перспективные направления использования тягового электропривода:

 

- городской пассажирский и грузовой транспорт

 

- железнодорожные маневровые машины 

 

- строительная техника

 

- горнодобывающие машины и механизмы

 

-...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

О компании

Разработка
Изготовление
Испытания
Поставки
Заказать
Контакты
 

 

Информация:

"Индукторный электропривод"

"Экономика и индукторный электропривод"

"Индукторная электрическая машина в транспортных средствах"

"Высокоточный безредукторный индукторный электропривод в следящих системах"

 
 

 

 
     

 

Разработка, поставка, блоки управления, двигателями, управляемые, электроприводы, статические преобразователи, питание электрооборудования, встраиваемые источники питания, создание новой техники, выполнение различных видов работ на основе субконтрактов, технические требования, поставочные образцы, комплект рабочей конструкторской документации, мелкосерийное и серийное изготовлении систем в целом или отдельных составных частей и отдельных деталей, Разработка электроприводной и преобразовательной техники,разработка структурных, функциональных и принципиальных электрических схем, ШИМ-преобразователи, микропроцессорных платы управления преобразователями и электроприводами, расчет электромагнитного поля,  индукторные электродвигатели, электродвигателей с постоянными магнитами, компьютерное и физическое моделирование, разработка конструкторской документации, проектирование корпусов приборов, следящий кольцевой электропривод, РЛС, гребные кольцевые движители, основные, резервные и подруливающие), мотор колесо, безредукторные, электрогенераторы, ветровые электростанции,  статические преобразователи, Электропривод специального назначения, Тяговый электропривод

Сайт создан в системе uCoz