Sách hướng dẫn này chứa thông tin chung về thiết kế máy điện không đồng bộ, mục đích của các bộ phận của chúng và kiểm tra thiết kế của một mô hình động cơ kéo cụ thể. Thành phần của một bộ thiết bị điện công suất, mục đích của các bộ phận, hoạt động và tương tác của chúng được xem xét.

Để nhận thức chính xác tài liệu được trình bày, cần hiểu rõ các nguyên tắc chung về điều khiển thiết bị điện và điều khiển tàu bằng pháo tự hành Vityaz và thông qua kênh điều khiển dự phòng (trong phần này sách giáo khoa không được xem xét). Việc nghiên cứu vật liệu sẽ được tạo điều kiện thuận lợi nhờ kiến ​​thức cơ bản về kỹ thuật điện, bao gồm cả. Và Dòng điện xoay chiều cũng như nguyên tắc xây dựng mạch điện trong hệ thống điện xoay chiều ba pha. Để làm được điều này, tác giả khuyến nghị nên nghiên cứu các phần liên quan của kỹ thuật điện bằng cách sử dụng tài liệu giáo dục hoặc tài liệu được trình bày trong phần phụ lục.

Trong quá trình chuẩn bị, tài liệu và tài liệu kỹ thuật đã được sử dụng, danh sách được đưa ra ở cuối sách hướng dẫn.

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn tới tất cả các chuyên gia bằng cách này hay cách khác đã tham gia vào việc chuẩn bị tài liệu. Tôi bày tỏ lòng biết ơn đặc biệt tới N.N. Danilov, Phó Trưởng phòng Kỹ thuật của ZREPS CJSC, người đã hỗ trợ quý báu trong việc chuẩn bị chương thứ ba.

Sổ tay đào tạo này chủ yếu dành cho những công nhân đang học lái xe tại Trung tâm Đào tạo và Sản xuất Metro, nhưng có thể hữu ích cho những công nhân kho điện muốn nâng cao trình độ kiến ​​thức trong lĩnh vực truyền động điện kéo.

Giáo viên UOC

tàu điện ngầm Moscow

Danilov E.B.

Truyền động điện kéo không đồng bộ trên toa tàu điện ngầm. Hướng dẫn.

	Giới thiệu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
	Thông tin chung về hoạt động của ba pha không đồng bộ máy điện và thiết kế của nó . . . . . . . . . . . .
		Thiết kế và nguyên lý hoạt động của hệ thống không đồng bộ máy móc điện. . . . . . . . . . . . . . . … . . . . . . . . . . . .
		Sự hình thành điện từ quay mô men xoắn trong máy điện không đồng bộ. . . . . . .
	Thiết bị của động cơ kéo không đồng bộ. Thông số kỹ thuật. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
		Các thông số cơ bản của động cơ. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
		Stator. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
		Cánh quạt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
		Mang tấm chắn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
		Thông gió. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
		Cảm biến tốc độ rôto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
	Truyền động kéo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
		Thùng chứa biến tần kéo KTI. . . . . . . . . . . . . . . . .
		Hoạt động dẫn động bằng lực kéo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
	Các ứng dụng
		Dòng điện xoay chiều là gì và nó khác với dòng điện một chiều như thế nào? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
		Dòng điện xoay chiều ba pha. . . . . . . . . . .
		Từ trường quay... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
	Người giới thiệu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1. Giới thiệu

Việc sử dụng máy điện xoay chiều làm động cơ kéo trong vận tải đường sắt bị trì hoãn kéo dài do khó khăn trong việc cung cấp đầu máy toa xe điện dòng điện xoay chiều 3 pha. Tuy nhiên, sự phát triển của ngành điện, đặc biệt là sự cải tiến của mạch điện tử bán dẫn công suất và mạch vi xử lý, đã dẫn đến việc tạo ra các bộ chuyển đổi dòng điện và điện áp có đủ công suất để cung cấp năng lượng cho động cơ kéo. Vai trò đặc biệt Sự phát triển của bóng bán dẫn công suất cao đóng một vai trò trong việc này.

So với động cơ chuyển mạch dòng điện một chiềuđộng cơ không đồng bộ có một số lợi thế.

Lần đầu tiên trong sản xuất hàng loạt trong nước, việc sử dụng động cơ không đồng bộ làm động cơ kéo đã được sử dụng trên các toa tàu điện ngầm kiểu 81-740/741 và trên một phần toa kiểu 81-720/721, và sau đó là trên các toa kiểu 81- 760/761. Ngành công nghiệp trong nước đã triển khai sản xuất động cơ điện không đồng bộ cho toa tàu điện ngầm. Hiện nay, ô tô có thể được trang bị các động cơ sau:

TAD 280M 4U2 do AEK Dynamo sản xuất;

DATE–170 Sản xuất 4U2 « LLC Elektrotyazhmash-Privod" Lysva;

TADVM-280 4U2 do Công ty Cổ phần NIPTIEM, Vladimir sản xuất;

DATM-2U2 do Nhà máy điện OJSC Pskov sản xuất

cây thân thể";

Công ty CP DTA 170 U2 “Nhà máy chế tạo máy điện Riga”;

TA 280 4MU2 do Công ty Cổ phần ELDIN (Yaroslavl Electro-

nhà máy chế tạo máy).

Động cơ điện nhận năng lượng từ bộ chuyển đổi như một phần của KATP-1 hoặc KATP-2 do OJSC Metrovagonmash sản xuất.

Bộ truyền động không đồng bộ đầu tiên trên toa tàu điện ngầm là “HITACHI” và “ALSTOM” do nước ngoài sản xuất.

Động cơ kéo van. Nỗ lực sử dụng động cơ điện xoay chiều không chổi than trong lực kéo điện đã được thực hiện từ những năm 30. Tuy nhiên, khả năng sử dụng chúng trong thực tế chỉ xuất hiện sau khi ngành công nghiệp thành thạo việc sản xuất hàng loạt thyristor và điốt điện, cũng như các phần tử bán dẫn giúp thực hiện hợp lý các hệ thống điều khiển và điều chỉnh tần số của điện áp cung cấp.

Thiết kế của động cơ kéo van là một máy điện đồng bộ, trong đó cuộn dây phần ứng đặt trên stato, còn cuộn dây kích từ đặt trên rôto. Stator van

Động cơ (Hình 105) bao gồm khung đúc 7 và lõi được ép từ thép điện E1300. Khung đóng vai trò là vỏ động cơ và có hình dáng không khác biệt với khung của động cơ kéo dòng điện xung và lõi là một mạch từ.

Lõi 9 được ép vào khung giữa các thành bên hình khuyên lớn 13. Dọc theo đường kính ngoài của nó, nó được siết chặt bằng các dải 8, hàn vào lõi và các thành bên. Lõi được giữ không quay bằng chìa khóa và sáu chốt được lắp vào các lỗ của khung và lớp lót. Để giảm thông lượng rò rỉ và tổn thất, các tấm cách điện không từ tính 12 được lắp đặt giữa các thành bên và gói hàng.

Cảm biến vị trí để điều khiển động cơ được lắp đặt ở mặt ngoài của lõi tại 12 điểm. từ thông. Mỗi cảm biến có một cuộn dây một chiều được chỉ định và hai cuộn dây đọc được làm bằng dây PSD có đường kính 1,16 mm. Cáp chung từ chúng đi vào hộp đầu cuối, trong đó nó được kết nối với thiết bị điều khiển đầu máy điện thông qua đầu nối phích cắm.

Các rãnh của lõi dọc theo chiều dài của nó được vát bằng một rãnh chia đôi, trong đó có một cuộn dây sóng hai lớp. Lớp cách nhiệt của cuộn dây được làm bằng sáu lớp băng mica-nit thủy tinh L2S25KS 0,09 X 20 mm, chồng lên nhau một nửa. Cuộn dây được cố định trong các rãnh bằng nêm sợi thủy tinh. Đầu ra của cuộn dây stato tới hộp đầu cuối được thực hiện bằng bus đôi.

Cánh quạt của động cơ van quay có thiết kế khác nhau. Đầu máy điện VL80v-216 được trang bị động cơ không chổi than sáu cực với rôto cực nổi.

Thiết kế rôto này đơn giản hơn về mặt công nghệ, nhưng xét về mặt nhiệt và cơ học, vật liệu của rôto và cách điện của cuộn dây cực lại bị quá tải. Điều này là do thực tế là m.d.s. kích thích đối với động cơ chuyển mạch, có tính đến phản ứng phần ứng và góc chuyển mạch, vượt quá m.m.s. tốc độ không tải là khoảng 1,8 lần, trong khi ở máy DC -

chỉ 1,2 lần.Ngoài ra, do các thanh chống cột nên khả năng thoát nhiệt từ cuộn dây từ trường trở nên kém hơn.

Vì tốc độ quay rõ ràng sẽ tăng lên khi cụm ổ trục và hộp số được cải tiến nên ứng suất nhiệt cũng sẽ tăng do mong muốn lắp thêm công suất vào các kích thước nhất định. Vì vậy, thiết kế khả thi duy nhất là một rôto có cực ẩn.

Không giống như các máy đồng bộ thông thường, động cơ loại chuyển mạch phải có cuộn dây giảm chấn đáng tin cậy với các thanh có tiết diện đủ để giảm điện kháng dưới quá độ của động cơ. Các thanh 15 của cuộn dây giảm chấn được làm bằng đồng, nằm đều xung quanh toàn bộ chu vi của rôto. Như tính toán cho thấy, thiết kế này của cuộn dây giảm chấn giúp có thể đạt được điện trở cảm ứng siêu truyền tương đối thấp của cuộn dây phần ứng với tổn thất có thể chấp nhận được trên các thanh do quá trình chuyển mạch gây ra.

Đối với các cực rôto ẩn, hệ thống các thanh giảm chấn có thể được đặt ở phần trên của các rãnh dưới dạng nêm kim loại giữ chặt cuộn dây kích thích hoặc trong lỗ răng. Phương pháp đầu tiên bất tiện về mặt công nghệ do khó hàn các đầu thanh (nêm) trên các vòng nối. Thiết kế thứ hai của lồng giảm chấn được ưa chuộng hơn vì các thanh có thể được hàn trực tiếp vào tấm cạnh đồng, được đóng dấu đặc biệt cho mục đích này. Một ưu điểm khác của thiết kế này là lồng giảm chấn có thể được chế tạo trên rôto trước khi đặt cuộn dây kích từ. Động cơ van tám cực NB-601 của đầu máy điện VL80v-661 có thiết kế cánh quạt này.

Động cơ kéo không đồng bộ. Mô-men xoắn động cơ tối đa

Mmax « C1Ai\/(2xg),

ở đâu Cm - hệ số không đổiđộng cơ; và, - điện áp mạng, x - điện kháng cảm ứng.

Cơm. 105. Mặt cắt dọc (a) và mặt cắt ngang (b) của động cơ kéo Đầu máy điện NB-601

/ - trục, 2 - ổ lăn, 3 - ống lót phần ứng, 4 - tấm chắn ổ trục; 5 - vòng; 6 - giá đỡ bàn chải; 7 - bộ xương; 8 dây, lõi 9 khung; 10 - cuộn dây stato, // - lõi rôto; 12 miếng đệm không từ tính (tấm), 13 thành bên của lõi stato, hộp 14 trục, 15-

thanh cuộn giảm chấn

Động cơ không đồng bộ rất nhạy cảm với sự sụt giảm điện áp. Ví dụ, khi điện áp giảm 10% thì mô-men xoắn giảm 19%. Không giống như động cơ không đồng bộ công nghiệp, động cơ không đồng bộ lực kéo có một số tính năng phát sinh từ các điều kiện hoạt động của nó trên đầu máy xe lửa (được cung cấp bởi bộ biến tần và pha, lắp công suất đáng kể vào các kích thước nhất định, rất nén, được xác định bởi kích thước của khung gầm đầu máy). Trên tất cả các động cơ cổ góp lực kéo của đầu máy điện có hệ thống thông gió hướng trục, 30% không khí đi qua khe hở không khí, thực hiện loại bỏ nhiệt mạnh mẽ khỏi bề mặt của neo và cột.

Trong động cơ kéo không đồng bộ, để giảm dòng điện từ hóa và tăng cos f, người ta cố gắng giữ khe hở không khí giữa stato và rôto ở mức tối thiểu nhất có thể do điều kiện thiết kế và sản xuất. Về vấn đề này, trong động cơ không đồng bộ có hệ thống thông gió độc lập hướng trục, không thể làm mát các bề mặt của rôto và stato đối diện với khe hở không khí. Để truyền nhiều không khí làm mát hơn giữa stato và rôto, động cơ không đồng bộ lực kéo sử dụng các kênh trên khe (Hình 106, o),

qua đó khoảng 30% lượng không khí làm mát đi qua

Chiều cao của kênh rãnh trên là (1,0 - 1,5) 6 ps, trong đó b ps là chiều rộng của rãnh stato. Trong động cơ chuyển mạch, các kênh quá rãnh trong stato là không thể chấp nhận được, vì chúng làm tăng điện trở rò cảm ứng của stato lên khoảng 40%, dẫn đến giảm mô-men xoắn. Trong động cơ không đồng bộ, việc tăng điện trở rò cảm ứng của cuộn dây stato không quá gây hại vì quá trình chuyển mạch được thực hiện cưỡng bức.

Trong máy điện nhiều cực, hoạt chất được sử dụng hiệu quả hơn, động cơ không đồng bộ hoạt động với tổn thất thấp hơn, hiệu suất cao hơn, các thông số của động cơ và đầu máy điện nói chung cũng chịu ảnh hưởng lớn nhất

f max Và giá trị danh nghĩa / danh nghĩa CHESTO-

bạn hiện tại cuộn dây stato. Tần số fmax =

P" max/(60 + f 2), Trong đó f2 = /CK -

tần số của rôto hoặc dòng điện trượt, thường là 1-2% của /max, với độ chính xác đủ /max = pn gaax/59.

Tần số định mức fH0M = pnmaJ (59k ATM), trong đó kv là tỷ số tốc độ, thường bằng 2. Về mặt lý thuyết, tần số tối ưu fom = 100-150 Hz và giới hạn điều khiển tần số của bộ chuyển đổi là từ 1-2 đến 200- 300Hz. Tuy nhiên, có những hạn chế liên quan đến việc sử dụng vòng bi

Cơm. 106 Vị trí của các kênh quá khe cho động cơ không đồng bộ lực kéo (a) và các đường cong

/ - lõi rôto, 2 - cuộn dây rôto, 3 - kênh, 4 - kênh quá rãnh, 5 - cuộn dây stato,

6 - stato, 7 - nêm textolite

Bảng 4

Các chỉ số Các thông số cơ bản của chế độ giờ của động cơ kéo

Dòng đầu máy điện
Công suất đầu vào động cơ, kW
Điện áp tuyến tính, V
Dòng pha /fi, A
Hệ số công suất
Tần số hiện tại, Hz
Tốc độ quay cao nhất.
Momen xoắn tác dụng lên trục động cơ là
Lực kéo lên vành bánh xe, kN
Tốc độ đầu máy điện, km/h
Lớp cách nhiệt
Số lượng giai đoạn
Số cực stator
Khe hở không khí, mm
Trọng lượng động cơ không có hộp số
Luồng khí làm mát,
*"Tần số dòng điện stato liên tục		cách thức. *2 V	chế độ "i", = 890 vòng/phút *3 Công suất-

công suất chế độ liên tục Рм = 500 kW *4 Khối lượng đồng của động cơ 230 kg (623 kg đối với NB-418K6); khối lượng riêng của động cơ 4,28 kg/kW, khối lượng riêng của đồng 0,255 kg/kW, khối lượng riêng của thép 1,62 kg/kW (0,74 đối với NB-418K6) Số lượng khe rôto її = 80, và chiều dài 455 mm; số rãnh stato 1\ = 108, dài 465 mm. *5 Không có hộp số

trong đó tốc độ quay tối đa là 3000-4000 vòng / phút và không thể sản xuất hộp số kéo có tỷ số truyền lớn. Vòng bi trong nước của động cơ kéo nối tiếp cung cấp yash = 2150 vòng/phút với độ bền chấp nhận được. Với tỷ số truyền і = 4,4 và đường kính lốp mòn trung bình £> av = 1200 mm, điều này tương ứng với tốc độ tối đa của đầu máy điện tính bằng km/h. Trên đầu máy điện nối tiếp có hệ thống treo động cơ kéo được đỡ dọc trục, max = 5,353. Ở V = 120 km/h và £>av = = 1200 mm, chúng ta thu được n max = 2800 vòng/phút, nhưng ngành công nghiệp không sản xuất vòng bi cho loại này một tốc độ quay.

Tổn hao trong bộ biến đổi còn phụ thuộc vào số cực của động cơ kéo không đồng bộ. Để giảm hệ số tỉ số vận tốc ki phải lấy bằng 2,5

Về cơ bản, việc tạo ra bộ truyền động không đồng bộ công suất cao phụ thuộc phần lớn vào sự thành công trong một số lĩnh vực điện tử, cơ khí, phát triển công nghệ, v.v.

Từ năm 1982, VElNII bắt đầu một giai đoạn mới trong việc chế tạo đầu máy điện với động cơ không đồng bộ. Theo yêu cầu của Bộ Đường sắt, đây là loại đầu máy điện 12 trục (dòng VL86*). Động cơ NB-607 được phát triển và chế tạo cho chúng (Hình 107, a và b); dẫn động của chúng thống nhất với dẫn động của đầu máy điện VL80R và VL80S. Stator 2 và lõi rôto 3 được chế tạo nhiều lớp. Gói stato được ép vào khung đúc /. Cuộn dây stato 4 là dạng mạch vòng, ba pha, sáu cực, được cố định trong phần rãnh bằng nêm từ. Cuộn dây rôto bằng đồng, các thanh được nối với nhau bằng các vòng đồng và được cố định trên phần rãnh bằng nêm từ tính, và trên phần cuộn dây bằng dây thủy tinh. Một cảm biến tốc độ được gắn trên trục rôto.

Thông số kỹ thuật cơ bản của một số động cơ kéo không chổi than. Trong bảng Hình 4 thể hiện các thông số chính của động cơ kéo NB-601 và NB-607 của đầu máy điện VL80 in và VL86 f và so sánh động cơ OD64604 của Không quân đầu máy điện E120 (Đức) và động cơ BAZ10577/6 của AEG của đầu máy điện 182001

Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, có ưu điểm về trọng lượng, kích thước và mức tiêu thụ năng lượng, ngày càng được sử dụng nhiều trong các bộ truyền động lực kéo, mặc dù chúng yêu cầu sử dụng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu. hệ thống phức tạp kiểm soát và vẫn chưa đủ độ tin cậy.

Trong vài năm qua, đã nhận được nhiều đề xuất từ ​​các nhà cung cấp đầu máy toa xe hàng đầu thế giới liên quan đến việc sử dụng động cơ kéo đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM). Những động cơ như vậy có kích thước và trọng lượng nhỏ hơn so với động cơ không đồng bộ ba pha đang thống trị thị trường cho đến nay.

Đặc biệt, PMSM đã được sử dụng trên tàu điện AGV V150 do Alstom chế tạo, đã lập kỷ lục tốc độ thế giới vào ngày 3 tháng 4 năm 2007 (Hình 1). Chúng được sử dụng trên đầu máy toa xe cho nhiều mục đích khác nhau (bảng) - từ tàu điện Citadis Dualis (Hình 2) đến tàu điện liên tỉnh hai tầng Twindexx (Hình 3) cho đường sắt Thụy Sĩ (SBB).

Cơm. 1. Tàu điện cao tốc AGV V150 chạy kỷ lục Cơm. 2. Xe điện Citadis Dualis (ảnh: Alstom) Cơm. 3. Tàu điện Twindexx (nguồn: Bombardier)

Người ta cho rằng các công ty khai thác đường sắt còn thận trọng trong việc áp dụng công nghệ mới. Đồng thời, các nhà phát triển và sản xuất đầu máy kéo cũng quan tâm đến việc nhanh chóng triển khai các giải pháp kỹ thuật tiên tiến. Nếu việc sử dụng các phát triển mới góp phần cải thiện đáng kể các chỉ số hiệu suất, thì những phát triển này sẽ nhanh chóng được ứng dụng, điều này được xác nhận bằng kinh nghiệm giới thiệu bộ chuyển đổi xung để cấp nguồn cho động cơ kéo DC kích thích nối tiếp, động cơ kéo DC kích thích độc lập, động cơ đồng bộ và Động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc. Với sự phát triển của công nghệ, hiệu suất của bộ truyền động lực kéo đã tăng lên và khả năng kiểm soát của nó được cải thiện, giúp cải thiện hiệu suất ly hợp và giảm mức tiêu thụ năng lượng.

PMSM và thiết bị điều khiển điện tử đại diện cho chúng nhiều nhất công nghệ hiện đại trong khu vực dẫn động lực kéo. Hàng triệu PMSM, do trọng lượng tương đối thấp và khả năng điều khiển tốt, đã được sử dụng trong hệ truyền động của các loại xe hybrid. Động cơ lớn hơn mang lại những cơ hội tương tự để cải thiện hiệu suất của bộ truyền động lực kéo đường sắt. Công nghệ này đang được triển khai trên toa xe mới với nhiều mục đích khác nhau. Tuy nhiên, một số vấn đề quan trọng đã xuất hiện đòi hỏi phải có giải pháp.

Trên ô tô có động cơ đốt trongĐể điều chỉnh tốc độ, người ta thường sử dụng một thiết bị cơ khí phức tạp - hộp số, để động cơ có thể hoạt động ở dải tốc độ tối ưu. Động cơ kéo của toa xe lửa phải hoạt động hiệu quả trên toàn bộ dải tốc độ, đảm bảo truyền mô men xoắn tới các bánh xe thông qua hộp số một cấp hoặc trực tiếp. Giải pháp đơn giản về mặt cơ học này cho phép tạo ra các hệ thống truyền động đáng tin cậy mà không cần bảo trì phức tạp.

Vì vậy, yêu cầu đầu tiên khi thiết kế động cơ kéo là khả năng cung cấp mô-men xoắn hoặc lực kéo trên phạm vi tốc độ rộng (0 đến 320 km/h).

Tất nhiên, điều quan trọng là động cơ kéo phải hoạt động đáng tin cậy. Đồng thời, từ góc nhìn của người lái xe và công ty điều hành đường sắt, trong bằng nhauĐiều quan trọng là khả năng kiểm soát mô-men xoắn chính xác và mượt mà trên toàn bộ dải tốc độ bằng hệ thống điều khiển lực kéo. Kiểm soát mô-men xoắn thích hợp đảm bảo sử dụng tối ưu lực kéo giữa bánh xe và đường ray, tăng tốc êm ái, khả năng duy trì tốc độ không đổi và khả năng sử dụng phanh điện.

Khi các bánh xe tương tác với đường ray, mô-men xoắn của động cơ kéo được chuyển thành lực kéo tuyến tính hoặc lực phanh. Trong bộ lễ phục. Hình 4 thể hiện biểu đồ về sự phụ thuộc của lực kéo vào tốc độ, cũng như đường cong lực cản đối với chuyển động của đoàn tàu. Đường cong lực kéo cắt đường cong lực cản chuyển động tại điểm được gọi là tốc độ ổn định, tức là tốc độ tối đa có thể về mặt lý thuyết. Ở gần điểm này, độ lớn của sự thay đổi lực kéo, do đó tạo ra gia tốc của đoàn tàu (được biểu thị bằng mũi tên màu đỏ trong Hình 4), là nhỏ. Trong bộ lễ phục. Hình 5 thể hiện đặc tính của công suất dẫn động lực kéo và công suất kéo cần thiết (công suất bằng tích của tốc độ và lực kéo).

Động cơ kéo thường được thiết kế cho một chế độ vận hành cụ thể. Động cơ phải phát triển mô-men xoắn cần thiết ở tốc độ bằng 0 và duy trì nó ở mô-men xoắn danh nghĩa trong suốt vùng 1 của đường cong lực đẩy. Trên tốc độ này, động cơ kéo sẽ phát huy công suất tối đa. Ở vùng 2, lực kéo tỷ lệ nghịch với tốc độ. Ở vùng 3, do hạn chế về đặc tính của động cơ kéo nên lực kéo tỷ lệ nghịch với bình phương tốc độ.

Cơm. 4. Hiệu suất lực kéo và khả năng chống chuyển động
Cơm. 5. Đặc tính công suất

Ở tốc độ thấp, về mặt lý thuyết, mô-men xoắn của động cơ có thể lớn hơn mô-men xoắn được truyền bởi sự tương tác giữa bánh xe và đường ray. Tuy nhiên, điều này sẽ dẫn đến tình trạng quá tải cho động cơ và do đó cần tránh bằng hành động thích hợp của người lái hoặc hệ thống điều khiển điện tử.

Trước đây, để điều khiển động cơ kéo DC, người ta sử dụng bộ điều chỉnh điện áp bằng cách thay đổi sơ đồ kết nối từ nối tiếp sang song song và điều chỉnh dòng điện bằng điện trở hãm khởi động. Trên toa xe hiện đại, để điều khiển cả động cơ DC cổ góp và động cơ xoay chiều đồng bộ và không đồng bộ, hệ thống điện tử được sử dụng để điều khiển điện áp hoặc cả điện áp và tần số. Các hệ thống truyền động điện kéo hiện đang được sử dụng có thể đạt được khả năng kiểm soát chất lượng cao trên toàn bộ dải tốc độ ở mức tương đối thuật toán đơn giản quy định.

Việc điều chỉnh PMSM giúp dễ dàng đạt được các đặc tính cần thiết trong vùng mô-men xoắn không đổi, nhưng để điều chỉnh trong vùng công suất không đổi, cần có các thuật toán phức tạp hơn.

Động cơ AC và DC, giống như PMSM, về cơ bản hoạt động trên cùng một định luật vật lý. Do đó, các nguyên tắc quản lý chúng ở một mức độ nào đó tương tự nhau. Trong các loại máy điện, mô-men xoắn phát sinh từ sự tương tác của hai từ trường. Để xuất hiện mô men xoắn, phải có một góc nhất định giữa các vectơ cường độ của các từ trường này, lý tưởng nhất là bằng 90 el. kêu Các trường được đề cập có thể được tạo ra bởi dòng điện chạy qua cuộn dây động cơ, hoặc nam châm vĩnh cửu.

Hiện nay, động cơ không đồng bộ ba pha chủ yếu được sử dụng trong truyền động lực kéo. Tuy nhiên, điều rất quan trọng là phải hiểu bản chất và hoạt động của từ trường trong stato và rôto của các loại máy điện khác.

Trong động cơ DC truyền thống, phía bắc và cực nam Từ trường stato luôn hướng cùng chiều, trong khi từ trường phần ứng (rôto) bị dịch chuyển một góc 90 el. mưa đá do sử dụng máy thu gom. Trong động cơ kích thích nối tiếp, cùng một dòng điện đi qua cả cuộn dây stato và cuộn dây rôto, trong khi đó trong trường hợp động cơ kích thích độc lập, có thể điều khiển độc lập từ trường của rôto và stato.

Trong động cơ đồng bộ ba pha truyền thống, từ trường của rôto được tạo ra bởi dòng điện chạy qua cuộn dây của nó và hướng của trường được xác định bởi vị trí vật lý cuộn dây rôto. Từ trường stato được tạo ra bởi dòng điện chạy qua cuộn dây của nó và quay với tốc độ được xác định bởi tần số của bộ biến tần mà cuộn dây stato nhận điện từ đó. Góc giữa từ trường stato và rôto tăng tùy thuộc vào mômen xoắn và tốc độ quay của từ trường rôto và stato là như nhau. Khi góc trở nên âm, động cơ sẽ chuyển sang chế độ phanh.

Trong động cơ không đồng bộ ba pha, từ trường stato tạo ra dòng điện trong cuộn dây rôto (Hình 6), từ đó tạo ra từ trường. Cái sau, tương tác với từ trường stato, tạo ra lực kéo hoặc mô men phanh. Ở chế độ kéo, tần số quay rôto thấp hơn tần số quay từ trường stato do bộ biến đổi chỉ định, còn ở chế độ phanh thì tần số này cao hơn. Mô-men xoắn không xảy ra nếu tốc độ quay bằng nhau. Tỷ số giữa tốc độ rôto và từ trường stato được đặc trưng bởi một giá trị gọi là độ trượt.

Trong PMSM, trường rôto được tạo ra bởi nam châm, chúng được phân bố trên bề mặt rôto hoặc được đặt trong các rãnh của nó (Hình 7). TRONG trường hợp sau cung cấp độ bền cơ học lớn hơn và tổn thất thấp hơn trên dòng điện xoáy trong rôto. Hợp kim boron neodymium-sắt (Nd2Fe14B) đã trở nên phổ biến như một vật liệu cho nam châm vĩnh cửu do đặc tính từ tính tối ưu của nó. Từ trường stato được tạo ra bằng cách sử dụng cuộn dây ba pha nhiều cực đặt trong các rãnh của lõi nhiều lớp.

Cơm. 6. Nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc
Cơm. 7. Nguyên lý hoạt động của PMSM

Trong tất cả các máy điện, từ trường quay tạo ra EMF ngược hướng với điện áp nguồn - còn gọi là EMF ngược. Ở tốc độ quay bằng 0, nó bằng 0, nhưng khi tăng nó sẽ tăng tuyến tính. Để hỗ trợ giá trị hiện có mô-men xoắn ở vùng 1 (xem Hình 4 và 5), điện áp cung cấp phải được tăng lên.

Mômen quay của máy điện là tích của từ thông và dòng điện. Bộ chuyển đổi bán dẫn công suất điều chỉnh điện áp nguồn DC hoặc một pha sao cho giá trị dòng điện trong cuộn dây động cơ nằm trong giới hạn chấp nhận được. Hầu hết giải pháp hiện đại là việc sử dụng các bộ chuyển đổi dựa trên các bóng bán dẫn lưỡng cực có cổng cách điện (IGBT) với khả năng điều chế độ rộng xung.

Ở vùng 1, nơi lực kéo không đổi, điện áp (và trong trường hợp động cơ không đồng bộ, tần số) phải tăng tỷ lệ với tốc độ động cơ, trong khi giá trị của tích của từ thông và dòng điện, tức là, mô men xoắn được giữ không đổi. Khi vượt quá tốc độ định mức, điện áp đặt vào không thể tăng do những hạn chế về thông số của bộ chuyển đổi nguồn và cách điện của động cơ. Tuy nhiên, xét từ góc độ đặc tính cơ học tốc độ quay có thể cao hơn.

Việc chuyển sang vùng 2 được thực hiện bằng cách làm suy yếu trường, trong khi EMF phía sau bị giảm hoặc (đối với PMSM) ảnh hưởng của nó bị trung hòa. Trong động cơ DC, điều này đạt được bằng cách giảm lượng dòng điện chạy qua cuộn dây kích từ bằng cách mắc song song một điện trở làm suy yếu trường; trong động cơ đồng bộ truyền thống, bằng cách giảm dòng điện trong cuộn dây rôto. Trong động cơ không đồng bộ, hiện tượng suy yếu từ trường tự động xảy ra khi tần số dòng điện trong cuộn dây stato tăng lên, trong khi điện áp nguồn không đổi. Trong PMSM, việc thực hiện làm suy yếu trường sẽ khó khăn hơn vì trường rôto được tạo ra bởi nam châm vĩnh cửu.

Ở vùng 3, từ thông và dòng điện giảm nhanh hơn ở vùng công suất không đổi để tránh vượt quá giới hạn hiệu suất điện và cơ của động cơ. Ví dụ, trong động cơ DC kích thích độc lập, dòng điện phần ứng cũng giảm tùy theo tốc độ.

Lý do chính cho việc mở rộng sử dụng PMSM trong bộ truyền động lực kéo là những ưu điểm đáng kể của chúng so với động cơ không đồng bộ ba pha. Trong khoảng 80% phạm vi hoạt động, hiệu suất của PMSM cao hơn 1-2% và công suất riêng cao hơn 30-35%, do đó, với công suất bằng nhau, kích thước và trọng lượng của PMSM nhỏ hơn nhỏ hơn khoảng 25%.

Trong động cơ không đồng bộ, rôto nóng lên do có lực trượt. Trong PMSM nó hầu như không có nên không cần làm mát rôto. Stator PMSM thường được làm kín hoàn toàn và làm mát bằng chất lỏng, giúp cải thiện độ tin cậy của động cơ. Ngoài ra, khi sử dụng PMSM, có thể thực hiện phanh điện ở tốc độ thấp, điều này về cơ bản có thể thực hiện được việc phanh tự điều khiển khi cuộn dây stato bị đoản mạch. Tuy nhiên, việc đạt được những lợi ích này không phải không có sự thỏa hiệp. Bảy yếu tố chính đã được xác định là cản trở sự phổ biến của PMSM cho mục đích kéo điện, mặc dù các phương pháp giải quyết những vấn đề này đã được phát triển.

Các hạn chế về kích thước và chi phí của bộ chuyển đổi bốn góc phần tư và động cơ khiến chúng không thể được sử dụng trên toàn bộ dải tốc độ bằng cách duy trì điện áp cung cấp ngay phía trên EMF phía sau để dòng điện đủ để đạt được mô-men xoắn cần thiết. Vấn đề có thể được giải quyết bằng cách làm suy yếu trường, tạo ra mô-men xoắn không đổi và vùng công suất không đổi. Vì khó kiểm soát từ trường do nam châm vĩnh cửu tạo ra nên việc làm suy yếu trường có thể đạt được bằng cách đưa dòng điện vào cuộn dây stato. Điều này tạo ra một trường có vectơ cường độ hướng ngược với vectơ cường độ trường được tạo bởi nam châm vĩnh cửu của rôto. Trong trường hợp này, tổn hao xảy ra ở phần đồng của cuộn dây stato, ở một mức độ nào đó làm giảm hiệu ứng tích cực thu được do tổn hao thấp khi sử dụng rôto có nam châm vĩnh cửu.

Để điều khiển dòng điện tạo ra hiệu ứng suy yếu từ trường, cần xác định vị trí của rôto với độ chính xác 1-2 el. kêu Động cơ bốn cực yêu cầu độ phân giải cơ học ít nhất là 1,5 el. kêu Nếu sử dụng cảm biến, chúng yêu cầu độ chính xác và độ tin cậy rất cao để đảm bảo hệ thống điều khiển hoạt động tốt. Có thể điều khiển mà không cần sử dụng cảm biến, nhưng điều này có thể làm giảm độ chính xác của điều khiển.

Từ thông phụ thuộc vào nhiệt độ, với cường độ trường giảm khoảng 1% khi nhiệt độ rôto tăng thêm 10 K. Đối với PMSM hoạt động trong phạm vi nhiệt độ 200 K (-40 đến +160 ° C), điều này rất quan trọng. Vì vậy, hệ thống điều khiển điện tử phải theo dõi nhiệt độ vận hành và tính đến nhiệt độ này khi tạo tín hiệu điều khiển.

Mỗi PMSM yêu cầu một bộ điều chỉnh bán dẫn công suất riêng, đảm bảo cung cấp xung điều khiển để bật mạch nguồn đúng thời gian yêu cầu. Tuy nhiên, trong các bộ truyền động lực kéo hiện đại người ta ngày càng sử dụng nhiều hệ thống tùy chỉnhđiều khiển của từng động cơ. Như vậy, vấn đề này đã được giải quyết.

Ở dòng điện đáng kể và nhiệt độ cao Quá trình khử từ không thể đảo ngược có thể xảy ra ngay cả khi nhiệt độ rôto không đạt đến điểm Curie trong khoảng từ 310 đến 370 °C. Tuy nhiên, nguy hiểm hơn là đoản mạch trong cuộn dây stato, có thể phá hủy động cơ khi trường quay do nam châm vĩnh cửu tạo ra tiếp tục tạo ra dòng điện đáng kể trong stato. Đây là lúc việc khử từ có thể hữu ích vì nó làm giảm các dòng điện này.

Một vấn đề khác là trong quá trình vận hành không tải (khi tàu đang chạy), rôto động cơ nam châm vĩnh cửu quay tiếp tục tạo ra dòng điện cảm ứng trong lõi stato. Dòng điện xoáy sinh ra cùng với hiệu ứng trễ sẽ gây tổn hao trong thép, làm giảm hiệu suất của động cơ.

Kim loại đất hiếm dùng trong PMSM có tác dụng tốt tính hấp dẫn nhưng khá nhạy cảm với các tác động cơ học và nhiệt. Thiết kế rôto của PMSM phức tạp hơn so với động cơ không đồng bộ. Mạch điều khiển PMSM cũng phức tạp hơn do có nhiều mạch nhận xét và nhu cầu chuyển đổi tín hiệu.

Có khá nhiều lĩnh vực ứng dụng trong đó ưu điểm của PMSM chắc chắn lớn hơn nhược điểm của chúng và điều này khiến chúng trở nên hấp dẫn đối với các nhà phát triển truyền động lực kéo. Kích thước và trọng lượng nhỏ hơn có Ý nghĩa đặc biệt khi không gian bị hạn chế - ví dụ: nếu cần đặt động cơ trên trục của bộ bánh xe không có hộp số.

Hiệu suất cao hơn và tổn thất thấp hơn trong rôto mang lại những lợi thế đáng kể cho PMSM trong việc cải thiện đặc tính vận hành của đầu máy toa xe và giảm mức tiêu thụ năng lượng (Hình 8). Đặc biệt, có thể thấy điều này trong ví dụ về tàu điện Alstom V150. Động cơ cảm ứng được gắn trên giá chuyển hướng nằm dưới thân ô tô, trong khi PMSM có thể được đặt trên giá chuyển hướng dưới các bộ phận khớp nối, giúp giảm độ phức tạp và trọng lượng của bộ truyền động lực kéo.

Cơm. 8. Đặc tính cơ điện và hiệu suất của PMSM

Trong tương lai, PMSM có thể được sử dụng rộng rãi hơn trong các bộ truyền động lực kéo (bàn), giống như động cơ kéo không đồng bộ ba pha, thay thế động cơ DC, đã trở nên phổ biến vào giữa những năm 1980.

Ví dụ về ứng dụng PMSM lực kéo

Nhà điều hành, quốc gia	Toa xe	nhà chế tạo
NTV (Ý)	25 Tàu cao tốc AGV	Alstom
SBB (Thụy Sĩ)	59 tàu điện hai tầng Twindexx	người ném bom
SNCF (Pháp)	31 xe điện Citadis Dualis	Alstom
SNCF (Pháp)	Tàu điện Regiolis (hợp đồng khung)	Alstom
SNCF (Pháp)	Tàu điện Omneo (hợp đồng khung)	người ném bom
Prague, Cộng hòa Séc)	Tầng thấp xe điện loại 15T	Skoda
Thủ đô Tokyo (Nhật Bản)	Tàu điện series 16000	Kawasaki
JR Đông (Nhật Bản)	Tàu đi lại dòng E331 cho Tokyo	Toshiba
nguyên mẫu
Thủ đô Munich (Đức)	Tàu điện loại C19 với giá chuyển hướng Syntegra	Siemens
Trung Quốc	Đầu máy chạy pin nhiên liệu nguyên mẫu	CNR Yongji
Thụy Điển	Tàu điện Grona Taget	người ném bom
Thổ Nhĩ Kỳ	Xe điện sàn thấp Citadis X04	Alstom
Nhật Bản	Tàu có khổ thay đổi	RTRI

Đường sắt thế giới - 2011

Động cơ kéo không chổi than

Khoảng 8-10 năm trước, khối lượng của đoàn tàu (tiêu chuẩn trọng lượng) bị giới hạn bởi các điều kiện bám dính, tức là giá trị đạt được của hệ số bám thiết kế. Vì vậy, câu hỏi về việc tăng đáng kể lực kéo và do đó công suất của động cơ kéo của đầu máy điện không được đặt ra quá khẩn cấp. Nghiên cứu và vận hành thử nghiệm một số thiết bị mới cho thấy có cơ hội lớn để tăng hệ số bám dính tính toán. Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng kích thích độc lập, cũng như bằng cách tự động cân bằng tải của động cơ kéo. Các khả năng khác để tăng hệ số bám dính sẽ được thảo luận dưới đây.

Nhưng việc tăng thêm công suất của động cơ kéo đầu máy điện, cần thiết để đạt được hệ số bám dính thiết kế cao hơn, ngày càng trở nên khó thực hiện. Điều này trước hết được ngăn chặn bởi kích thước của động cơ kéo: chiều dài của nó bị giới hạn bởi khoảng cách giữa các lốp của các cặp bánh xe, đường kính của nó bị giới hạn bởi khoảng cách giữa trục của cặp bánh xe và trục động cơ - trung tâm trung tâm (xem hình 3). Cho đến nay, trước những hạn chế nghiêm ngặt về kích thước của động cơ, công suất của chúng đã được tăng lên bằng cách sử dụng nhiều vật liệu cách điện chịu nhiệt hơn, tăng khả năng làm mát, tăng số lượng cặp cực, lắp đặt cuộn dây bù và chọn điện áp tối ưu cho động cơ. động cơ kéo của đầu máy điện xoay chiều.

Khi công suất tăng lên, cụm cổ góp-chổi than hoạt động ngày càng khó khăn hơn. Tình trạng của nó quyết định phần lớn đến thời gian hoạt động của đầu máy điện giữa các lần kiểm tra và sửa chữa. Việc tăng công suất cho động cơ kéo ngày càng gặp nhiều trở ngại và không góp phần làm tăng độ tin cậy cũng như hiệu suất của chúng, vì vậy mong muốn tạo ra một động cơ kéo không chổi than mạnh mẽ là điều khá dễ hiểu.

Đầu máy điện có động cơ kéo không đồng bộ. Trong suốt lịch sử chế tạo và cải tiến đầu máy điện, đã có nhiều nỗ lực sử dụng động cơ không đồng bộ đơn giản và rẻ nhất cho mục đích kéo. Cho đến gần đây, điều này vẫn chưa thể thực hiện được vì tần số quay của nó chỉ có thể được điều chỉnh một cách kinh tế bằng cách thay đổi tần số của dòng điện cung cấp. Các bộ chuyển đổi máy điện trước đây được sử dụng cho mục đích này rất nặng. Sự ra đời của thyristor đã mở đường cho việc tạo ra một bộ biến tần nhẹ và đáng tin cậy.

Thiết kế của động cơ không đồng bộ, như đã lưu ý, rất đơn giản. Nó có một stato đứng yên và một rôto quay (Hình 75). Có các loại động cơ không đồng bộ: có rôto lồng sóc và có rôto pha. Động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc được sử dụng làm động cơ kéo. Lõi của rôto như vậy, giống như stato, được lắp ráp từ các tấm thép điện. Cuộn dây rôto bao gồm các thanh đồng nằm trong các rãnh của lõi và được đóng ở hai đầu bằng các vòng. Cuộn dây không có lõi rôto được gọi là “bánh xe sóc”.

Ba cuộn dây được đặt trong các rãnh stato, lệch nhau một góc 120° so với cuộn dây kia. Những cuộn dây này thường được kết nối theo hình ngôi sao. Khi các cuộn dây được nối với mạch điện ba pha, một dòng điện xoay chiều đi qua từng cuộn dây và ba từ thông xoay chiều được tạo ra. Các luồng này cộng lại sẽ tạo thành một luồng kết quả quay với tần số 3000 vòng/phút với một cặp cực trên mỗi pha. Từ thông quay của stato động cơ đi qua cuộn dây rôto gây ra e. d.s. Dưới ảnh hưởng của e. d.s. Một dòng điện chạy qua cuộn dây rôto, tạo ra từ thông riêng của nó. Từ thông của stato và rôto tương tác với nhau làm cho rôto quay.

Tần số quay rôto nhỏ hơn một chút so với tần số quay từ thông stato, nếu không thì đường dây điện sẽ không đi qua cuộn dây rôto. Sự khác biệt giữa các tần số quay này được gọi là độ trượt. Bằng cách tăng số lượng cặp cực, bạn có thể thu được các tần số quay từ thông khác: 1500, 1000, 750 vòng/phút, v.v. Tần số quay rôto sẽ nhỏ hơn một chút so với các giá trị này.

Thông thường độ trượt là 1-3% tần số đồng bộ. Do đó, nếu bạn thay đổi tần số của điện áp nguồn trong một phạm vi rộng và do đó thay đổi tần số đồng bộ, tốc độ rôto sẽ thay đổi theo. Tuy nhiên, ngoài tần số, cũng cần điều chỉnh điện áp cung cấp cho động cơ không đồng bộ để đạt được đặc tính lực kéo gần giống như khi sử dụng động cơ DC kích thích nối tiếp.

Việc điều chỉnh điện áp được thực hiện, giống như trên đầu máy điện xoay chiều trong nước, bằng cách chuyển đổi cuộn dây thứ cấp của máy biến áp lực kéo bằng bộ điều khiển chính (Hình 76) theo từng bước. Sau đó, trong bộ chỉnh lưu B, điện áp được chỉnh lưu và cung cấp cho biến tần I. Trong bộ chỉnh lưu, điện áp cung cấp cho biến tần I được điều chỉnh liên tục.

Bằng cách mở khóa và khóa các thyristor của bộ biến tần theo một trình tự nhất định, sẽ thu được điện áp ba pha, cung cấp cho cuộn dây stato của động cơ cảm ứng. Chúng ta hãy nhớ lại rằng động cơ không đồng bộ thông thường được cung cấp điện áp ba pha xoay chiều, và do đó dòng điện thay đổi theo hình sin. Trong trường hợp này, mỗi pha được dịch chuyển so với pha kia một góc 120°, như trong Hình 2. 77. Để rõ ràng, sự thay đổi điện áp của từng pha được thể hiện trên các trục riêng biệt. Khi tạo ra điện áp ba pha trên đầu máy điện bằng động cơ không đồng bộ, các van biến tần có thể chuyển đổi sẽ tạo ra điện áp hình bậc ở mỗi pha.

Tần số điện áp cung cấp cho động cơ không đồng bộ được điều khiển bằng cách thay đổi tần số chuyển mạch của các van này.

Biến tần được trang bị một thiết bị đặc biệt có khả năng khôi phục các đặc tính điều khiển của thyristor một cách đáng tin cậy trong trường hợp xảy ra lỗi đảo ngược. Việc đảo chiều động cơ kéo được thực hiện bằng cách chuyển đổi mạch điều khiển của thyristor biến tần, vì để thay đổi hướng quay của động cơ không đồng bộ, chỉ cần hoán đổi hai pha được cung cấp bất kỳ là đủ.

Dựa trên sự phát triển của nghiên cứu khoa học và cơ sở giáo dục Một đầu máy điện xoay chiều với động cơ kéo không đồng bộ VL80 được chế tạo tại Nhà máy đầu máy điện Novocherkassk. Đầu máy điện được tạo ra trên cơ sở đầu máy điện 8 trục VL80 K. Công suất của mỗi động cơ kéo là 1200 kW, tức là gấp 1,5 lần động cơ cổ góp của đầu máy điện VL80 K.

Không loại trừ khả năng tạo ra bộ truyền động kéo với động cơ không đồng bộ không có hộp số. Trong trường hợp này, rôto của động cơ không đồng bộ được gắn trực tiếp trên trục của bộ bánh xe và stato có hình dạng tách rời.

Đầu máy điện có động cơ đồng bộ van. Là động cơ kéo không chổi than trên đầu máy điện, bạn có thể sử dụng động cơ đồng bộ với bộ biến đổi (van) tĩnh - còn gọi là động cơ van.

Hãy để chúng tôi giải thích nguyên lý hoạt động của động cơ van. Cuộn dây ba pha được đặt trên stato của nó và cuộn dây kích thích bằng dòng điện một chiều được đặt trên rôto (Hình 78). Đầu và cuối của cuộn dây kích từ được nối với hai vòng, cách điện với nhau. Các cuộn dây pha của stato được nối hình sao; Lúc đầu, chúng được kết nối với bộ chuyển đổi - biến tần AND (hoặc nguồn dòng điện một chiều). Biến tần I được cấp nguồn bằng bộ chỉnh lưu B nối với cuộn thứ cấp của máy biến áp lực kéo. Ví dụ, tại bất kỳ thời điểm nào, thyristor A1 và X2 của biến tần mở, dòng điện từ bộ chỉnh lưu B sẽ đi qua thyristor A1, cuộn dây stato I và II, thyristor X2, cuộn dây kích thích OB và quay trở lại lắp đặt bộ chỉnh lưu . Với chiều của dòng điện trong cuộn dây I, II và cuộn dây kích thích được chỉ bằng các mũi tên, từ thông sinh ra của stato, tương tác với từ thông của cuộn dây kích thích, sẽ tạo ra một mô-men xoắn và rôto sẽ quay theo chiều kim đồng hồ. Bằng cách chuyển đổi các dây dẫn của cuộn dây stato theo một thứ tự nhất định, có thể đảm bảo rôto quay liên tục.

Như vậy, theo nguyên lý hoạt động, động cơ van cũng tương tự như máy điện một chiều, trong đó bộ thu được thay thế bằng hệ thống van điều khiển công suất của bộ biến tần. Nhưng không giống như động cơ DC, động cơ chuyển mạch chỉ có ba cực chuyển mạch với cuộn dây ba pha thay vì hàng trăm tấm cổ góp. Ngoài ra, cuộn dây kích thích trong động cơ van có thể di chuyển được và phần ứng trở nên đứng yên. Van chuyển dòng điện trong cuộn dây cho phép tạo ra điện áp đáng kể giữa các cực: lên đến vài nghìn volt. Chúng ta hãy nhớ lại rằng một cổ góp cơ học thông thường hoạt động tốt ở điện áp giữa các tấm cổ góp không quá 30-32 V. Việc chuyển đổi các dây dẫn của cuộn dây stato theo thứ tự yêu cầu và theo đó, việc thay đổi vị trí của rôto được thực hiện bởi một hệ thống điều khiển có cảm biến vị trí rôto đặc biệt.

Động cơ van là một máy nhiều pha, cuộn dây phần ứng được cấp nguồn bằng bộ chuyển đổi điều khiển đồng bộ với chuyển động quay của rôto, được trang bị cuộn dây kích thích. Như vậy, động cơ van bao gồm một máy điện, bộ chuyển đổi van và hệ thống điều khiển kết nối chúng.

Nhà máy đầu máy điện Novocherkassk ban đầu chế tạo nguyên mẫu đầu máy xe lửa chở hàng chạy điện tám trục VL80 V với động cơ kéo kiểu van. Sau khi thử nghiệm, một lô nhỏ đầu máy điện tương tự đã được sản xuất để thử nghiệm vận hành. Đầu máy điện được trang bị hệ thống điều khiển tự động hoạt động ở chế độ kéo và phanh điện. Đầu máy điện sử dụng sự kích thích độc lập của động cơ van từ bộ chỉnh lưu kích thích làm thay đổi dòng điện kích thích tỷ lệ với dòng điện cuộn dây phần ứng động cơ. Rôto động cơ có sáu cực; dòng điện được cung cấp cho cuộn dây kích từ thông qua hai vòng và chổi than. Tốc độ động cơ được điều khiển bằng cách thay đổi điện áp cung cấp. Điện áp của cuộn dây thứ cấp, và do đó, việc lắp đặt bộ chỉnh lưu, được điều chỉnh theo cách gần giống như trên đầu máy điện xoay chiều có động cơ cổ góp. Chỉ loại bỏ kết nối ngược của cuộn dây được điều chỉnh và không được điều chỉnh của máy biến áp và điện áp của chúng tăng lên một chút. Sau khi đặt điện áp định mức vào động cơ, tốc độ sẽ tăng thêm bằng cách điều chỉnh từ thông kích thích.

Đầu máy điện VL80V sử dụng mạch chỉnh lưu và chuyển đổi dòng điện hơi khác so với mạch trong Hình 2. 78. Trong hình. 78 hiển thị cài đặt bộ chỉnh lưu B và biến tần AND riêng biệt, tức là cái gọi là mạch có liên kết DC rõ ràng được hiển thị. Trên đầu máy điện VL80 V, hai bộ phận này được kết hợp trong một thiết bị chung.