Бесколлекторные тяговые двигатели

[Oleg Izmerov]

Сообщение от SVP

15 лет я занимался вентильными тяговыми двигателями и всегда знал только одно его преимущество перед асинхронным - отсутствие необходимости в искусственной коммутации в инверторе и, как следствие, более дешевый преобразователь.
Во всем остальном вентильный двигатель (по крайней мере в том варианте, какой делали в России на опытных электровозах) уступает асинхронному.

Вы же не будете отрицать, что при питании фаз ВД даже меандром вместо синусоиды там не будет существенных пульсаций момента, да и серьезных потерь, т.к. возбуждение ротора там электромагнитное? (потери в стали и демпферной обмотке пока не рассматриваем)?

А вот гармоники фазного тока АТД, даже при наличии ШИМ, на частоте 50 Гц при низкой частоте модуляции (150 Гц) достигают 16% потерь от основной гармоники (9% от общих потерь). При этом к.п.д. снижается на 0,6% по сравнению со случаем питания АТД синусоидальным
напряжением. Это данные для ЭП10 из докторской Колпахчьяна. Не говорю уже о пульсациях момента в АТД при пуске и несинусоидальности фазного тока.

За счет отсутствия необходимости в ШИМ в ВД даже при искусственной коммутации проше инвертор и система управления, а реостатное торможение (на тепловозе, к примеру), реализуется вообще без работы инвертора.

[Combine]

А в инверторе ВТД просто стоят одни тиристоры среднего быстродействия и больше ничего.

А если IGBT? Тогда можно будет плавнее и точнее регулировать ток через обмотки. И переменный ток не нужен.

Правда, еще более строго говоря, и инвертору ВТД нужна искуственная коммутация при трогании примерно до скорости 3-5 км/ч.

А еще нужен угловой датчик на ТЭД — ненадежный элемент.

т.к. возбуждение ротора там электромагнитное?

Насколько я помню, у ВТД ротор вообще питается постоянным током.

реостатное торможение (на тепловозе, к примеру), реализуется вообще без работы инвертора.

Обмотки статора просто подключаются к реостату, а ток регулируется возбуждением ротора?

[Oleg Izmerov]

Сообщение от Combine

А еще нужен угловой датчик на ТЭД — ненадежный элемент.

А чем он ненадежнее датчика частоты вращения? И там и там импульсный код.

Обмотки статора просто подключаются к реостату, а ток регулируется возбуждением ротора?

Именно.
При принудительной коммутации характеристики ВТД близки к характеристикам обычного коллекторного двигателя. С той разницей, что изменением угла между магнитным полем статора и ротора можно делать характеристики жесткими.

[SVP]

Сообщение от Oleg Izmerov

Вы же не будете отрицать, что при питании фаз ВД даже меандром вместо синусоиды там не будет существенных пульсаций момента, да и серьезных потерь, т.к. возбуждение ротора там электромагнитное? (потери в стали и демпферной обмотке пока не рассматриваем)?

А вот гармоники фазного тока АТД, даже при наличии ШИМ, на частоте 50 Гц при низкой частоте модуляции (150 Гц) достигают 16% потерь от основной гармоники (9% от общих потерь). При этом к.п.д. снижается на 0,6% по сравнению со случаем питания АТД синусоидальным
напряжением. Это данные для ЭП10 из докторской Колпахчьяна. Не говорю уже о пульсациях момента в АТД при пуске и несинусоидальности фазного тока.

За счет отсутствия необходимости в ШИМ в ВД даже при искусственной коммутации проше инвертор и система управления, а реостатное торможение (на тепловозе, к примеру), реализуется вообще без работы инвертора.

Да есть пульсации момента у ВТД, есть.
С размахом 15-20% с частотой 6f1 всегда есть.
Плюс, так же как и у коллекторных ТД, на переменном токе - до 25-35% с частотой 100 Гц.
А если питать на постоянном токе от импульсного преобразователя, то на частоте работы этого импульсного преобразователя тоже будут 10-20%.

И какой смысл это сравнивать с пульсациями момента АТД с чатостой ШИМ 150 Гц, если реально делают частоту ШИМ 700-1000 Гц.

И по потерям сравнивать кусками тоже несерьезно.
Мало-ли у кого там что по частям больше на 0,6% или меньше.
Важны общие цифры. А общие цифры такие.
У ВТД НБ-601 (ВЛ80В) кпд в продолжительном режиме был 94,3%.
У ВТД НТВ-1000, типа того же или даже поменьше.
Все это при питании от преобразователя.
А у АТД аналогичной мощности при синусоиданом питании кпд обычно 96,0...96,5%.
А при питании от инвертора напряжения примерно на 1% меньше, т.е. 95,0...95,5%.
Вот и сравнение. А из каких компонентов это состоит - какая разница.


Про IGBT-транзисторы в инверторе ВТД.
В схемах инверторов тока для ВТД GTO-тиристоры и IGBT-транзисторы использованы быть не могут. Равно как и в управляемых выпрямителях ВЛ80Р и т.п.
Эти силовые приборы не держат обратное напряжение. По сути своей не держат. И поэтому их всегда шунтируют обратными диодами. А это категорически нельзя в инверторах и выпрямителях тока. В преобразователях этого класса силовые приборы должны держать как прямое, так и обратное напряжение.
Вот инверторы напряжения - это другое дело. Там обратные диоды как раз даже нужны для пропуска реактивной мощности.

ВТД в принципе можно сделать с инвертором напряжения. Но для этого сам двигатель должен быть спроектирован по-другому, чтобы индуктивность рассеяния фазных обмоток была, как можно больше. А для инвертора тока, наоборот, нужно, как можно меньше.

И еще. Разговор об искусственной коммутации в инверторе тока ВТД, так же как это сделано при АТД, не имеет смысла. Это не получится. Это не будет работать с эдс ВТД. Это работает только с АТД, у которого, как известно, в обмотке статора нет эдс вращения.

[Combine]

Т.е. в целом АТД лучше вентильных?

[SVP]

В целом по возможностям создания современного тягового электропривода с оптимальными характеристиками АТД лучше.
Но преобразователи для него дороже.

Ну и другое. Многие считают, что ВТД можно также запросто сделать с любыми характеристиками. Это большое заблуждение.
ВТД имеет более "капризные" ко всяким обстоятельтвам характеристики. И не любой локомотив, какой можно сделать с АТД, получится повторить с ВТД.
Реально в мире реализованы только два проекта с ВТД.
1. Тяговые секции высокоскоростных поездов TGV с очень специфическими характеристиками, совершенно непригодными для обычных локомотивов.
2. Электровозы серии 26000 с мономоторными ВТД. По характеристикам это нормальный электровоз. Но мономоторный привод - это уже архаизм.

А обычных грузовых и пассажирских электровозов с ВТД в мире нет.
Только были опытные в России.

[SVP]

И еще про датчики положения ротора ВТД.
По уровню сложности современные датчики частоты и положения - это практически одно и то же.
Но в ВТД датчик положения используется только при малых скоростях, когда нет ЭДС.
А дальше синхронизации управления инвертором может делаться исключительно по фазе ЭДС. Ни какой датчик положения тут не спасет. Потому что из-за реакции якоря и коммутаций фаза ЭДС ВТД сдвигается под нагрузкой вперед на 20-30 градусов. А стабильность действия естественной коммутации как раз определяется корректностью ее управления поотношению к фазе ЭДС, а не к положению ротора. И что самое противное, не по отношению к фильтрованной первой гармонике, а по отношению к мгновенным значениям ЭДС. А положение ротора при этом совершенно безразлично.

Ну и главная слабость естественной коммутации ВТД - это непредсказуемость протекания коммутации.
То есть, если ток двигателя стабилен - все нормально. Подстроились под фазу эдс, определили оптимальный момент переключения фаз, подали импульс на включение новой фазы. пошла коммутация, вовремя закончилась, едем дальше.
А вот если уже после подачи импульса на включение новой фазы в сети прыгнуло напряжение, и ток оказался на интервале коммутации оказался выше, чем мы ожидали, тут мы и получили опрокидывание инвертора.

[Oleg Izmerov]

Сообщение от SVP

Да есть пульсации момента у ВТД, есть.
С размахом 15-20% с частотой 6f1 всегда есть.

Ну, 15% это немного по сравнению с АТД без ШИМ:

Это разгон ТЭ120.

Плюс, так же как и у коллекторных ТД, на переменном токе - до 25-35% с частотой 100 Гц.

Это гасится за счет податливости валопроводов привода.

И какой смысл это сравнивать с пульсациями момента АТД с чатостой ШИМ 150 Гц, если реально делают частоту ШИМ 700-1000 Гц.

Но для этого нужна ШИМ!
В том и отличие.

А у АТД аналогичной мощности при синусоиданом питании кпд обычно 96,0...96,5%.
А при питании от инвертора напряжения примерно на 1% меньше, т.е. 95,0...95,5%.

Что такое "АТД аналогичной мощности" и когда он создан?
Если сравнивать с отечественными АТД того же периода, что и НБ-601, то там в продолжительном режиме к.п.д. всего 0,91.

Т.е. все достоинства АТД в части к.п.д. проявляются, если обеспечить питание, близкое к синусоидальному. В отличие от ВТД и ВИД. Об этом и идет речь.

И еще. Разговор об искусственной коммутации в инверторе тока ВТД, так же как это сделано при АТД, не имеет смысла. Это не получится. Это не будет работать с эдс ВТД. Это работает только с АТД, у которого, как известно, в обмотке статора нет эдс вращения.

Это означает только то, что проектные решения инверторов тока ВТД и АТД будут различаться. Пример рассмотрен у Степанова, Андерса и Пречисского.

[Oleg Izmerov]

Сообщение от SVP

А обычных грузовых и пассажирских электровозов с ВТД в мире нет.

TGV - это, вообще-то электровозы с индивидуальным приводом. То, что их не расцепляют, к бесколлекторному приводу уже не имеет ни малейшего отношения.

[Oleg Izmerov]

Сообщение от SVP

Но в ВТД датчик положения используется только при малых скоростях, когда нет ЭДС.

Опять-таки это относится к естественной коммутации, которая сейчас не обязательна.
Кстати, в тепловозном ВТД положение вообще несколько проще, т.к. с увеличением скорости растет напряжение генератора и снижается ток двигателя, соответственно, снижается ток обмотки возбуждения.

В ВИД, если не ошибаюсь, ВЭлНИИ тоже ставит только ДПР?

[Слесарь]

Здравствуйте, Олег Измеров! Рад Вас слышать.

[SVP]

Олег, мы с Вами уже как-то эти вопросы обсуждали.
Я не верю в то, что где-то написано (диссертации, публикации и т.п.). Чтобы получить ученую степень советские граждане выдавали несметное множество идей. Но только единицы из сотен таких работ заслуживают настоящего внимания. И никакие из этих работ, как Вы знаете, не привели к внедрению на российских электровозах вентильного или асинхронного привода. Это факт.
На западе все получилось. Возможно, потому, что там специалисты сидели и работали, а не диссертации писали.
А мы в СССР покопались там, где нам было интересно и выгодно для защиты диссертации, а про десятки других вопросов забыли.
Вот и начали вылезать пилюли то там, то здесь, и у вентильщиков, и у асинхронщиков. Обыкновенный кружок "Умелые руки".

[Cap Nemo]

Сообщение от SVP

Реально в мире реализованы только два проекта с ВТД.
1. Тяговые секции высокоскоростных поездов TGV с очень специфическими характеристиками, совершенно непригодными для обычных локомотивов.
2. Электровозы серии 26000 с мономоторными ВТД. По характеристикам это нормальный электровоз. Но мономоторный привод - это уже архаизм.

AGV с синхронными двигателями на постоянных магнитах в семейство ВТД Вы не относите?

[Oleg Izmerov]

Сообщение от SVP

Я не верю в то, что где-то написано (диссертации, публикации и т.п.).

Верить можно в бога, а это ПОЛУЧЕНО на тепловозе ТЭ120.
Это научный факт.

И никакие из этих работ, как Вы знаете, не привели к внедрению на российских электровозах вентильного или асинхронного привода.

Правильно, потому что пока наши электровозники до хрипоты выясняли, что лучше - асинхронный привод или вентильный, во ВНИТИ, в БИТМе просто работали.

На западе все получилось.

ВНИТИ - это скорее северо-запад относительно НЭВЗ

Возможно, потому, что там специалисты сидели и работали, а не диссертации писали.

Почему в ОД ВНИТИ диссертации помогали решению проблем, а у вас не помогали? Может, просто нужны были личности вроде Добрынина и Лысака?

По высказанным мною тезисам в отношении АТД и ВТД возражений пока не вижу. Все обсуждение пока подтверждает положение, что преимущества АТД проявляются лишь при питании током, близким к синусоидальному, иначе ТЭ120 давно бы выпускался серийно. ВТД и ВИД, наоборот, сохраняют свои свойства при питании несинусоидальным током, без ШИМ.

Почему-то говоря о к.п.д. НБ-601, Вы не упомянули о том, что у НТИ-350 он уже 0,96. Нет контактных колец на якоре, конструкция якоря позволяет практически те же окружные скорости, что и у АТД. И алгоритмы управления проще.

[SVP]

Ну строго говоря - совершенно верно. Личности тоже очень важны.

Итог - у ВНИКТИ на двух секциях 2ТЭ25А есть более-менее готовая разработка АТП на IGBT-транзисторах.
Но, все равно, пока - игрушка. Так как еще есть проблемы, являющиеся прямым следствием применения АТП.

По поводу кпд двигателей я подберу для сравнения данные.
Предлагаю сравнить двигатели ЭП200 и Re460.
Разработаны в одну эпоху и изготавливались примерно в одно время.

Индукторные и с постоянными магнитами пока оставим.