В феврале 2019 года на Тульском заводе горно-шахтного оборудования начались первые испытания электровозов с новым тяговым электродвигателем. Разработанный учеными НГТУ электродвигатель смог решить не только проблему импортозамещения, но и в сочетании с энергоэффективной литий-ионной батареей от «Лиотех» (проект АО «Роснано») позволил увеличить производительность новой машины до 50 % по сравнению с электровозами предыдущих поколений.
Коэффициент полезного действия (КПД) тягового электропривода с вентильным магнитоэлектрическим двигателем увеличился на 10–20 % по сравнению с электроприводом двигателя предыдущего поколения. Электрические машины, сконструированные по этой технологии, могут быть использованы как в общепромышленном электроприводе (станки, вентиляционные системы), так и в специализированном (для автомобильной промышленности, авиации, в электроприводе погружных насосов и т. д.), а также в качестве инверторных генераторов.
Специалисты кафедры электромеханики факультета мехатроники и автоматизации Новосибирского государственного технического университета разработали первый в России синхронный двигатель с постоянными магнитами для рудничного электровоза. Благодаря применению такого двигателя инженерам удалось значительно увеличить производительность электровоза. Новые технологии, которые легли в основу конструкции магнитной системы, и специальные обмоточные структуры внутри двигателя позволили существенно (в два-три раза) снизить массу активных материалов и на 10–20 % повысить КПД двигателя по сравнению с классическими асинхронными двигателями и двигателями постоянного тока.
Первые испытания разработки показали, что новая технология позволила не только сократить массу и габариты тягового двигателя, но и благодаря повышенному вращающему моменту увеличить его грузоподъемность. Также значительно возросла и энергоэффективность электровоза из-за уменьшения потерь в двигателе и увеличения его КПД до 90%. При этом уменьшился разряд аккумуляторной батареи и увеличилось время работы электровоза.
Разработанный электродвигатель был установлен на электровоз, который предназначен для транспортировки вагонеток с углем и породой, доставки материалов, оборудования и совершения других операций в шахтах. Помимо инновационного двигателя, в машине будут использованы новые аккумуляторы. Электровозы предыдущих поколений использовали свинцово-кислотные или щелочные аккумуляторы, которые требовали частой доливки агрессивных кислот или щелочи.
К помещению для зарядки старых типов аккумуляторов были повышенные требования по вентиляции, так как при заряде таких батарей выделяется взрывоопасный водород. Все это приводило к увеличению затрат предприятий на дополнительный персонал, обеспечение достаточной вентиляции и т. п. Решение от «Лиотех» (проект АО «РОСНАНО») лишено этих недостатков: литий-ионную батарею суммарной энергоемкостью 70 кВт/час можно зарядить за 2-4 часа, в зависимости от степени ее разряда. При штатной эксплуатации литий-ионной батареи отсутствуют любые выделения газов как при разряде, так и при заряде.
Запрос на разработку отечественного электродвигателя поступил в феврале 2018 года от Тульского завода горно-шахтного оборудования. К концу лета новосибирские инженеры подготовили конструкторскую документацию и смогли выпустить в производство первый макетный образец на базе компании ООО «РЭМ». По словам авторов разработки, первые испытания разработки прошли в НГТУ и показали, что мощность получилось развить больше заявленной.
Второй этап испытаний разработки прошел в Томске, где инженеры компании ООО «НФП Мехатроника-Про» занимались созданием системы управления для двигателя. В заводских условиях электродвигатель подтвердил свои улучшенные показатели мощности в сравнении с двигателями предыдущих поколений.
В настоящее время новый электровоз проходит приемо-сдаточные испытания в реальных условиях работы в шахтах. Электродвигатель имеет свою особенность: он должен быть взрывозащищенным, что требуется для обеспечения безопасности проведения работ в шахтах. Специальная оболочка не позволяет взрыву выйти за пределы двигателя. Если испытания пройдут успешно, начнется запуск производства новых электродвигателей.
«Подобную технологию как в электродвигателе для горно-шахтного оборудования нам удалось внедрить во многие объекты — это электромеханический усилитель руля для автомобиля семейства „Лада“ (выпущено ОАО „Автоэлектроника“, г. Калуга, более 1,5 млн комплектов), двигатели погружных насосов для добычи нефти, отрезок серии общепромышленных двигателей, ветрогенераторы, прецизионные следящие приводы и другие разработки. Главный идеолог машин нового поколения — заведующий кафедрой электромеханики профессор Александр Шевченко. Он внес большой вклад в развитие теории, внедрил на практике эти электрические машины и сегодня считается ведущим специалистом в стране», — рассказал кандидат технических наук, доцент кафедры электромеханики НГТУ и один из авторов разработки Дмитрий Топорков.
