Распечатать

Электропривод

Гибридное будущее Российского автотранспорта

22.03.2011

Источник: НИПТИЭМ

Специальные электрические машины для энергоэффективных транспортных силовых установок

Внедрение гибридных силовых установок сегодня становится магистральным путем развития автомобильного и автобусного транспорта, особенно в сегменте пассажирских городских перевозок. Основным фактором, обуславливающим актуальность этих работ, является постоянно возрастающие требования по снижению токсичности и повышению экономичности транспортных средств. Отставание России в этом вопросе является критически недопустимым и должно быть ликвидировано в ближайшие пять – семь лет.

До недавнего времени препятствием для внедрения электропривода для транспортных средств являлась его высокая стоимость. Это было вызвано, в частности, ценой на силовую электронику и накопители электроэнергии. Новейшие модели преобразовательных силовых устройств для автотранспорта и емкостные накопители энергии более доступны.

Кроме того, отечественные электрические машины находятся на весьма высоком техническом уровне при существенно меньшей стоимости, чем зарубежные аналоги. Все это позволяет создать экономически оправданную систему тягового электропривода для внедрения ее на транспортных средствах российского производства, обеспечив при более низкой стоимости технические характеристики, сопоставимые с данными зарубежных производителей.

В соответствии с отмеченными тенденциями, НИПТИЭМ в кооперации с другими подразделениями концерна «Русэлпром» выполнило опытно-конструкторские работы и провело испытания тяговых асинхронных электрических машин с короткозамкнутым ротором для двух схем гибридных силовых установок длятранспортных средств:

1) последовательная схема передачи энергии на ведущие колеса для движения преимущественно с постоянной скоростью транспортного средства и высоким крутящим моментом на колесах – электромеханическая трансмиссия (трактор "Беларус-3023" и др.);
2) последовательная схема передачи энергии на ведущие колеса и/или в накопитель с рекуперацией энергии при торможении для движения транспортного средства в широких скоростных и нагрузочных режимах в условиях городского движения – гибридная силовая установка (автобус "ЛиАЗ-5292Х" и др.).

Как следует из представленных принципиальных схем, в обоих случаях механическая связь ведущих колес с первичным источником энергии – двигателем внутреннего сгорания (ДВС) отсутствует. Такой подход позволяет исключить конструктивные элементы механической передачи и стабилизировать режим работы двигателя в точке максимальной топливной эффективности и минимальных выбросов. В каждый момент времени полученная от ДВС механическая мощность последовательно преобразуется в электрическую мощность с требуемыми для электрической машины параметрами и далее обратно в механическую мощность, востребованную условиями движения.

Силовая и управляющая электроника для обеих разработок создана специалистами "Русэлпром-Электропривод". В качестве накопителей энергии для гибридной силовой установки использовались модули электрохимических конденсаторов – суперконденсаторов фирмы Maxwell. При проектировании мотор-генераторов и тяговых двигателей предпочтение было отдано асинхронным низковольтным трехфазным двигателям, т. к.они просты в конструкции, характеризуются уникальными эксплуатационными качествами: большим сроком службы, простотой в обслуживании и ремонте, а отсутствие подвижных электрических контактов обуславливает их высокую надежность. Кроме того, необходимо учитывать, что массовое серийное производство электрических машин этого типа хорошо отлажено и стоимость их изготовления является сравнительно небольшой.

Среди основных особенностей тяговых характеристик разработанных электрических машин следует выделить большой диапазон частот вращения, особенно во второй зоне регулирования. Многоэтапная оптимизация параметров электрических машин выполнялась по критерию обеспечения максимального КПД в номинальном режиме (конец первой – начало второй зоны регулирования) и обеспечения в конце второй зоны регулирования при заданном уровне питающего напряжения кратности максимального момента не менее 1,3...1,5.

Указанные электрические машины выполнены в следующем конструктивном исполнении:

– ТАГ280-310-1200 и ТАД280-310-1200 – имеют всыпные обмотки статоров из круглого эмальпровода с температурным индексом 200 °C и короткозамкнутые роторы из алюминиевого сплава. Литые станина и подшипниковые щиты из высокопрочного чугуна. При встраивании машин в корпусные детали трактора на внешней поверхности станины образуется полости жидкостной рубашки охлаждения; кроме того, встроенный внутренний вентилятор на роторах электрических машин обеспечивает осевое движение воздуха через вентиляционные каналы в пакете ротора. Подшипниковые узлы с возможностью пополнения консистентной смазкой;
– ТАГ225-280-450 и ТАД225-380-750 – имеют всыпные обмотки статоров из круглого эмальпровода с температурным индексом 200 °C и короткозамкнутые роторы из алюминиевого сплава.

Стальные сварные станины и подшипниковые щиты конструктивно обеспечивают систему охлаждения с принудительной подачей охлаждающего воздуха во внутреннюю полость электрических машин.

Подшипниковые узлы с возможностью пополнения консистентной смазкой. Для проведения автономных испытаний и исследований электрических машин в комплекте с силовой и управляющей электроникой и накопителями на базе Испытательного центра НИПТИЭМ был создан специальный стенд, позволяющий имитировать реальные условия работы тягового электрооборудования в составе транспортного средства. На данный момент специалисты соответствующих подразделений концерна проводят отладку программного обеспечения с целью повышения удобства пользователей осуществлять управление системой и проводить диагностику состояния основных узлов комплекта тягового электрооборудования.

НИПТИЭМ и концерн "Русэлпром" рассматривают выполненные работы как одно из стратегических направлений развития, отвечающее современным требованиям по энергоэффективности. На данный момент компания разрабатывает целый ряд аналогичных проектов с отечественными и зарубежными заказчиками.

Фотографии и материалы предоставлены ОАО "НИИПТИЭМ"

Автоматизация 18.08.2017 У штаб-квартиры Mitsubishi Electric новый офис в российской столице. В августе компания перебралась в бизнес-центр «Вивальди Плаза» у метро «Павелецкая».
Электропривод 15.08.2017 Компания «Веспер» начала производство новой серии преобразователей частоты Е5 с пилотной модели Е5-8200. Векторный преобразователь Е5-8200 является продолжением самой популярной серии Е2-8300 и совмещает в себе её технические возможности с бюджетной стоимостью.
Электропривод 04.08.2017 Японская Nidec Corporation приобрела немецкого производителя компрессоров для холодильников Secop Group и итальянскую компанию LGB Elettropompe S.r.l., выпускающую насосы и электромоторы, и планирует укрепить свои позиции на рынке коммерческих и бытовых электроприборов.
Электропривод 31.07.2017 Bonfiglioli выпустила линейку планетарных редукторов 300М промышленного назначения с высокой интенсивностью крутящего момента и повышенный КПД при компактных габаритах. Серия представлена в 20 типоразмерах с выходным крутящим моментом в диапазоне от 1,3 до 1300 кНм.
Электропривод 25.07.2017 Yaskawa Electric Corporation сообщила о создании первого в мире серводвигателя со встроенным усилителем на нитрид-галлиевых полупроводниках. Серводвигатель Σ-7 F вдвое меньше по размеру традиционных приводов, что предоставляет возможность создавать более компактные и эффективные решения.
Электропривод 12.07.2017 Компания Autonics представила драйверы 5-фазных шаговых двигателей переменного тока серии MD5-HF28. Устройство характеризуется высоким разрешением (1/250), быстродействием, крутящим моментом и универсальным напряжением питания 100–220 В.
Автоматизация 12.07.2017 ABB объявила о завершении сделки по приобретению компании B&R - поставщика программного обеспечения открытой архитектуры для автоматизации оборудования и производства.
Электропривод 10.07.2017 Компания ABB объявила об установлении мирового рекорда в КПД электродвигателя. Испытания 44 МВт синхронного мотора показали, что его эффективность на 0,25% больше, чем 98.8%, предусмотренных договором. Это разница в КПД позволит ежегодно экономить до 1 000 МВт электроэнергии.
Электропривод 30.06.2017 Подразделение Mechanical Drives (MD) концерна Siemens c 1 октября 2017 года начнет работать на рынке, как отдельная дочерняя компания Flender GmbH. Ранее Siemens утверждал, что это позволит MD более эффективно и гибко реализовывать планы развития в конкурентной среде.