Актуальность применения асинхронных электродвигателей на тяговом подвижном составе.

В настоящие время в локомотивном хозяйстве идёт тенденция модернизации замены тяговых двигателей постоянного тока на более современные АСДТ (Асинхронный тяговый двигатель переменного тока), так как использование асинхронных двигателей приводит к существенным экономическим показателям.

Идея внедрения асинхронных двигателей образовалась в 2000-х годах и связана с увеличением массы поезда и пропускной способности.

Эти показатели было бы невозможно выполнить, не увеличив мощность ТЭД (тяговый электродвигатель), которые ограничивались габаритными размерами при установке на кузове электровоза. При увеличении мощности тягового двигателя увеличивается нагрузка на щеточно-коллекторный аппарат. В связи с этим появляется необходимость более частого проведения диагностики, а как следствие при увеличении мощности, уменьшается их надежность, что приводит к идее создания АСТД.

Не однократно принимались попытки к созданию без коллекторной машины, но все попытки были ограниченны громоздкими аппаратами регулировки частоты. Так как двигателя переменного тока можно регулировать лишь изменением частоты либо,  числом пар полюсов.

С появлением силовых тиристоров и транзисторов был открыт путь, к созданию мало габаритных преобразователей частоты. Конструкция тягового асинхронного двигателя выполнена в виде неподвижного статора и подвижного ротора с коротко замкнутым ротором, с номинальной частотой вращения 3000 об/мин. Для изменения скорости на подвижном составе, используют изменение частоты питающего напряжения и как следствие изменение частоты на роторе ТЭД можно менять путем изменением частоты, или же числом пар полюсов, для исключения больших потерь энергии и повышения КПД (коэффициент полезного действия) двигателя скольжения стараются сделать минимальным, то есть не более 3 – 5%, следовательно, частота вращение близка к скорости магнитного поля.

Для того чтобы изменить направление вращения магнитного поток необходимо  всего лишь изменить подключение любых 2-х фаз.

Сравнивая АСДТ с двигателем постоянного тока можно выявить ряд преимуществ, к которым можно отнести следующие показатели:

1. Ротор представляет простейшую конструкцию. В нем нет таких устройств как коллектор, обмотки, изготовление которой приводит к большим затратам и потери времени, а также щёточного аппарата, добавочных полюсов.

2. Магнитное поле обеспечивает высокое использование вращающего момента. Благодаря этим достоинствам двигатель переменного тока гораздо легче двигателя постоянного тока, менее затратный, так как используется меньшее количество дорогостоящего материала.

3. Важным показателем тягового двигателя, а точнее его массы влияет на железнодорожный путь, так как двигатель в грузовом движении имеет 1 класс  подвешивания. Эти двигатели в несколько раз надежнее в эксплуатации, просты в ремонте, не трудоемки в обслуживании.

4. Не менее важным достоинством является и то, что магнитное поле ротора не может догнать поле статора. В связи с этим при снятии нагрузки, с какой либо оси не происходит резкого повышение частоты вращения (буксования). Однако, локомотивы с асинхронным двигателем имеют высокую стоимость значительно выше, чем с аналогичной осевой нагрузкой двигателя коллекторного. Но этот фактор не как сказывается на способности конкурировать.

Рисунок  - Тяговый двигатель ДТА-1200А

1 – сборочный люк статора; 2 – фланцевая втулка привода; 3- передняя шайба нажимная ротора; 4 – вал ротора; 5 – переднее корокозамыкающее кольцо; 6 – катушка статора; 7 – передняя боковина статора; 8 – стержень обмотки ротора; 9 – накладка статора; 10 – статор; 11 – ротор; 12 – перфорированная крышка подшипникового щита; 13 – задняя нажимная шайба ротора; 14 – подшипниковый щит; 15 – балансировочная втулка; 16 – запорная гайка сердечника ротора; 17 – шариковый подшипник; 18 – капсула подшипника; 19 – заднее короткозамыкающее кольцо; 20 – бандажное кольцо; 21 – фланец задней боковины статора; 22 – накладка задней боковины; 23 – литой фланец задней боковины; 24 боковина задняя статора.

Так появляется первый серийный образец локомотив 2ЭС5 электровоз пятого поколения или как его назвали СКИФ, изготовленный на Новочеркасском электровозостроительном заводе (НЭВЗ).

Для сравнения данные приведены в таблице 1:

Таблица 1

Исходя из этого, можно сделать следующий вывод. Все большее распространение на просторах железной дороги получают локомотивы с использованием тяговых двигателей переменного тока. На таких локомотивах как 2ЭС5, ЭП20, 2ЭС7, 2ЭС10, ЭС20, 2ЭС7, 2ЭС10, 2ЭС20, 2ТЭ25А, 2ТЭ25АМ, ТЭМ33, ТЭМ35. Благодаря чему инженеры КБ могут решать самые серьезные задачи в перевозке грузов, пассажиров, багажа и грузобагажа.