Обоснование использования вентильно-индукторных электрических машин для управления потоком энергии рекуперации электрического подвижного состава

Abstract

Обосновано техническое решение, позволяющее повысить эффективность рекуперативного торможения электрического подвижного состава. Предложено для приема и последующего использования энергии рекуперации использовать инерционный накопитель энергии (ИНЭ), а в качестве электромеханического преобразователя энергии применить вентильно-индукторную электрическую машину (ВИМ). Конструктивные особенности ВИМ и принцип ее работы выгодно отличает ИНЭ от ближайших конкурентов с другими типами электромеханических преобразователей энергии. Раскрыты преимущества использования ВИМ в составе ИНЭ, представлены расчеты на прочность ротора ВИМ при высоких частотах вращения. При выборе ВИМ как объекта исследований использованы методы математического моделирования и теория электромеханического преобразования энергии. При расчетах на прочность использован метод конечных элементов, реализованный в программном пакете «COMSOL Multiphysics» для определения поля механических напряжений во вращающемся роторе за счет центробежных сил. Даны рекомендации по использованию ВИМ в составе ИНЭ, обосновано использование напряжения тяговой сети постоянного тока для питания обмотки статора ВИМ напрямую без понижающих преобразователей, приведено схемное решение силовой части. Выполнен анализ механической прочности ротора. Рассчитаны безопасные для работы ИНЭ частоты вращения по условиям механической прочности. Результаты анализа предложенного технического решения и выполненные расчеты на прочность дают основание для продолжения исследований и конструкторских проработок в целях обеспечения внедрения ИНЭ на электрифицированном железнодорожном транспорте РФ.