Высоконадежный вентильно-индукторный двигатель для системы тягового электропривода железнодорожного подвижного состава

Создание условий для применения вентильно-индукторного двигателя в системе тягового электропривода подвижного состава железных дорог за счет повышения надежности работы его подшипников служит основной целью данной научной статьи. Разработка алгоритма, позволяющего проводить расчеты характеристик тягового вентильно-индукторного двигателя на этапах конструирования и производства, учитывающего силы одностороннего магнитного притяжения, является основной задачей исследований. Изучены силы одностороннего магнитного притяжения, возникающие в воздушном зазоре электродвигателя при двух видах его неравномерности. Отличительная особенность статьи состоит в предложении об ограничении величины силы одностороннего магнитного притяжения величиной силы при предельно допустимом остаточном дисбалансе. По итогам работы получен алгоритм определения характеристик тягового вентильно-индукторного двигателя уникальный в своем роде, позволяющий снизить влияние сил одностороннего магнитного притяжения на подшипники. Заключено, что использование вентильно-индукторного двигателя с длительным сроком службы подшипников в системе тягового электропривода создаст предпосылки для получения нового конкурентоспособного железнодорожного подвижного состава.

1. Романовский В. В., Никифоров Б. В., Макаров А. М. Вентильно-индукторный привод ВИП-1000-1100 в системе электродвижения // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала Макарова. 2019. Т. 11, № 3. С. 573–580. DOI: 10.21821/2309-5180-2019-11-3-573-581.

2. Темирев А. П., Нгуен К. К. Исследование вентильно-индукторного двигателя большой мощности двухпакетной конструкции для пульповых насосов ГРАТ-1800/67 горнорудного оборудования // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2017. № 1. С. 54–62.

3. Никифоров Н. В., Пахомин С. А., Птах Г. К. Вентильно-индукторные двигатели для тяговых электроприводов // Электричество. 2007. № 2. С. 34–38.

4. Fang G., Scalcon F. P., Xiao D. [et al.] Advance control of switched reluctance motors (SRMs): a review on current regulation, torque control and vibration suppression // IEEE Open Journal of Industrial Electronics Society. 2021. № 2. P. 280–301. DOI: 10.1109/OJIES.2021.3076807.

5. Бруслиновский Б. В., Евтодий А. А. Снижение шума вентильно-индукторного двигателя при широтно-импульсном управлении со случайным изменением параметров // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2015. № 8. С. 38–46.

6. Анучин А. С. Разработка цифровых систем эффективного управления комплектов тягового электрооборудования гибридных электрических транспортных средств: дис. … д-ра. техн. наук. Москва, 2018. 445 с.

7. Chun G., Jianhua W., Mengjie S. [et al]. Investigation of Skewing Effects on the Vibration Reduction of Three-Phase Switched Reluctance Motors // IEEE Transactions on Magnetic. 2015. Vol. 51, № 9. P. 1–9. DOI: 10.1109/TMAG.2015.2441035.

8. Isfahani A. H., Fahimi B. Comparison of Mechanical Vibration Between a Double-Stator Switched Reluctance Machine and a Conventional Switched Reluctance Machine // IEEE Transactions on Magnetic. 2014. Vol. 50, № 2. P. 293–296. DOI: 10.1109/TMAG.2013.2286569.

9. Lin F-C., Yang S-M. Analysis and modeling of the radial orce in a switched reluctance motor with sinusoidal excitations // The Fifth International Conference on Power Electronics and Drive Systems. 2003. Vol. 2. P. 938–943. DOI: 10.1109/PEDS.2003.1283094.

10. Lin F-C., Yang S-M. Instantaneous Shaft Radial Force Control with Sinusoidal Excitations for Switched Reluctance Motors // Conference Record of the 2004 IEEE Industry Applications Conference, 2004. 39th IAS Annual Meeting. Seattle. WA. USA. 2004. P. 424–430. DOI: 10.1109/IAS.2004.1348442.

11. Zhu Z. Q., Liu X., Pan Z. Analytical model for predicting maximum reduction levels of vibration and noise in switched reluctance machine by active vibration cancellation // IEEE Trans. Energy Convers. 2011. Vol. 26, № 1. P. 36–45. DOI: 0.1109/TEC.2010.2087336.

12. Makino H., Kosaka T., Matsui N. Digital PWM-control-based active vibration cancellation for switched reluctance motors // IEEE Transactions on Industry Applications. 2015. Vol. 51, № 6. P. 4521–4530. DOI: 10.1109/TIA.2015.2448065.

13. Cao X., Deng Z., Yang G. [et al.] Independent control of average torque and radial force in bearingless switched-reluctance motors with hybrid excitations // IEEE Transactions on Power Electronics. 2009. Vol. 24, № 5. P. 1376–1385. DOI: 10.1109/TPEL.2009.2016568.

14. ГОСТ 24810-2013. Подшипники качения. Внутренние зазоры. Введ. 2015–01–01. Москва: Стандартинформ, 2014. 19 с.

15. ГОСТ ИСО1940-1-2007. Вибрация. Требования к качеству балансировки жестких роторов. Часть 1. Определение допустимого дисбаланса. Введ. 2008–07–01. Москва: Стандартинформ. 2008. 27 с.

16. Глинкин С. А., Захаров А. В. Опыт конструирования и освоения производства опытно-промышленной партии вентильно-индукторных двигателей // Вестник ИГЭУ. 2015. Вып. 1. С. 14–19.

17. Мирошниченко Е. Е. Оценка влияния сил одностороннего магнитного притяжения на надежность подшипникового узла вентильно-индукторной электрической машины // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2022. Т. 22, № 3. С. 39–51. DOI: 10.14529/power220305.