CC BY
29
Кандидат технических наук, доцент кафедры «ЭПС», ИрГУПС.
Тел.: +7 (983) 403-46-43. E-mail: e.dulskiy@mail.ru
Ph. D. in Engineering, Associate Professor of the department « EPS», IrSTU.
Phone: +7 (983) 403-46-43. E-mail: e.dulskiy@mail.ru
Иванов Павел Юрьевич
Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС).
Чернышевского ул., д. 15, г. Иркутск, 664074, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «ЭПС», ИрГУПС.
Романовский Александр Игоревич
Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС).
Чернышевского ул., д. 15, г. Иркутск, 664074, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «ЭПС», ИрГУПС.
Дивинец Марина Алексеевна
Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС).
Чернышевского ул., д. 15, г. Иркутск, 664074, Российская Федерация.
Студент кафедры «ЭПС», ИрГУПС
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Основы проектирования промышленной установки для упрочнения полимерной изоляции магнитной системы тягового двигателя электровоза тепловым излучением [Текст] / Е. Ю. Дульский, П. Ю. Иванов и др.// Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2020. - № 1 (41). - С. 20 - 29.
Ivanov Pavel Yuryevich
Irkutsk State Transport University (IrSTU).
st. Chernyshevsky, d. 15, Irkutsk, 664074, the Russian Federation.
Ph. D. in Engineering, Associate Professor of the department « EPS», IrSTU.
Romanovsky Alexander Igorevich
Irkutsk State Transport University (IrSTU).
st. Chernyshevsky, d. 15, Irkutsk, 664074, the Russian Federation.
Ph. D. in Engineering, Associate Professor of the department « EPS», IrSTU.
Divinets Marina Alekseevna
Irkutsk State Transport University (IrSTU).
st. Chernyshevsky, d. 15, Irkutsk, 664074, the Russian Federation.
Student of the department « EPS», IrSTU.
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Dulsky, E. Yu., P. Yu. Ivanov, Romanovsky A. I., M. A. Divinets. Bases of designing industrial installation for strengthening polymer insulation of magnetic system of electric truck motor by heat radiation. Journal of Transsib Railway Studies, 2020, no. 1 (41), pp. 20 - 29 (In Russian).
УДК 621.333
Н. Л. Рябченок, Т. Л. Алексеева, Л. А. Астраханцев, В. А. Тихомиров
Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС), г. Иркутск, Российская Федерация
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЯГОВОГО ПРИВОДА МАГИСТРАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОВОЗОВ
Аннотация. Предметом исследования является энергетическая эффективность системы тягового электроснабжения и тягового электропривода электровозов. Научное обоснование оценки энергетической эффективности взаимосвязанной системы электрической тяги поездов направлено на решение задач по снижению потерь напряжения в контактной сети, активной мощности в контактной сети и тяговом электроприводе электровозов за счет полного и непрерывного использования электрического потенциала системы электроснабжения. В основу методологии исследований положены закон сохранения энергии, математическое моделирование энергетического процесса и спектральный анализ напряжения и тока на токоприемнике электровоза. Аналитически и результатами расчета доказано, что значительные потери напряжения, активной мощности в контактной сети, тяговом электроприводе электровозов вызваны неудовлетворительной работой регуляторов мощности и несоответствием уровня напряжения в контактной сети мощности, которая необходима для реализации тяжеловесного и скоростного вождения поездов. Для устранения отрицательного влияния индуктивного сопротивления тягового электроснабжения переменного тока на энергетическую
эффективность и скорость движения поездов предложено повышать напряжение в контактной сети постоянного тока и разрабатывать регуляторы мощности электровозов. Математической моделью системы электрической тяги постоянного тока показаны возможности снижения потерь электрической энергии и повышения скорости движения за счет применения электрического полупроводникового вариатора для согласования высокого напряжения в контактной сети с напряжением тяговых электродвигателей электровоза.
Ключевые слова: энергетическая эффективность, преобразователь, напряжение, мощность, гармонические составляющие, поезд.
Natalya L. Ryabchenok, Tatyana L. Alekseeva, Leonid A. Astrakhancev,
Vladimir A. Tikhomirov
Irkutsk State Transport University (IrSTU), Irkutsk, the Russian Federation
ENERGY EFFICIENCY OF TRACTION DRIVE OF RAILWAY ROAD ELECTRIC LOCOMOTIVES
Abstract. The subject of the study is energy efficiency of traction power supply system and traction electric drive of electric locomotives. The article is scientifically based on the assessment of the energy efficiency of the mutually connected system of electric traction of trains. The study is aimed at solving problems on reduction of voltage losses in the contact system, active power in the contact system and traction electric drive of electric locomotives. This is possible due to the full and continuous use of the electrical potential of the power supply system. The research methodology is based on the law of energy preservation, mathematical modeling of the energy process and spectral analysis of voltage and current on the current collector of the electric locomotive. Analytically and by results of calculation it has been proved that significant losses of voltage, active power in the contact system, traction electric drive of electric locomotives are caused by unsatisfactory operation of power regulators and mismatch of voltage level in the contact power network, which is necessary for realization of heavy and high-speed driving of trains. In order to eliminate the negative effect of the inductive coupling of AC traction power supply on the energy efficiency and speed of trains, it is proposed to increase the voltage in the DC contact system and develop power regulators of electric locomotives. Mathematical model of DC electric traction system shows possibilities of reduction of electric energy losses and increase of movement speed due to application of electric semiconductor variator for matching of high voltage in contact system with voltage of traction electric motors of electric locomotive.
Keywords: energy efficiency, semiconductor devices, voltage, power, harmonious components, train.
Энергетическая эффективность электрической тяги поездов является ключевым показателем, от которого зависит возможность реализации скоростного, тяжеловесного вождения поездов и обеспечения планируемых показателей работы холдинга «Российские железные дороги». К настоящему времени разработаны различные направления научных [1, 2] и технических решений [3, 4] для улучшения энергетической эффективности и электромагнитной совместимости тягового привода электровоза и системы электроснабжения. Результаты опытной проверки вождения тяжеловесных, соединенных и скоростных поездов [5 - 8] свидетельствуют об ограниченных возможностях реализации поставленных задач с помощью современных локомотивов и систем тягового электроснабжения. Стремление ученых к повышению величины напряжения в контактных сетях постоянного и переменного тока [9 - 11] вызвано завышенными потерями напряжения, активной мощности в контактной сети и в тяговом приводе электровозов.
Коэффициент мощности тягового электропривода KM электровоза переменного тока при импульсно-фазовом управлении силовыми полупроводниковыми приборами (СПП) выпрямителя с приемлемой для инженерных расчетов точностью можно вычислить по формуле
а
ra Yj + y2^
2 4
0,9cos
KM = СОЭф! • v = cos —+ п ' 12 —, 2 , (1)
п - а
п
где а - угол регулирования СПП выпрямителя; Yb Y2 - углы коммутации СПП выпрямителя; cos ф1 - коэффициент сдвига; v - коэффициент нелинейных искажений тока.
Для улучшения признаков качества энергетического процесса преобразования электрической энергии cos ф1, v научными работниками и специалистами разрабатываются устройства компенсации мощности сдвига, фильтры, устройства снижения углов коммутации СПП [12, 13]. Специалистами концерна Siemens разработан четырехквадрантный 4qS-преобразователь [14] с широтно-импульсной модуляцией управления СПП для обеспечения ф1 = 0 в режиме потребления и ф1 = п в режиме рекуперации электроэнергии.
Выявить причины неудовлетворительной работы устройств электрической тяги и устранить их для повышения ее производительности и энергетической эффективности позволяют теория энергетических процессов, учитывающая продолжительность использования электрического потенциала контактной сети для тяги поезда [15, 16], и анализ спектра гармонических составляющих несинусоидального напряжения и тока на токоприемнике электровоза. Энергетические характеристики электропривода получены на основании второго закона Кирхгофа с использованием спектрального анализа несинусоидального действующего напряжения U и тока Itp на входе.
Расчет и измерение составляющих предложенного баланса мощностей (2) на входе преобразователя электропривода можно выполнять с применением преобразования Фурье, аналитических расчетов, математического моделирования и контрольно-измерительных приборов на практике.
№-AS2 =VPI+Qi, (2)
где SG - полная мощность на входе полупроводникового регулятора тягового электропривода;
AS - часть полной мощности SG на входе полупроводникового регулятора электропривода, которая не используется для необратимого преобразования электрической энергии в иной вид энергии и для энергообмена в системе электроснабжения электропривода;
Р - суммарная активная мощность гармонических составляющих напряжения и тока на входе полупроводникового регулятора мощности (ПРМ) тягового электропривода;
Q - суммарная реактивная мощность гармонических составляющих напряжения и тока на входе ПРМ тягового электропривода.
Sg =
k=о
И
ZIk = U ■ Itp , (3)
k=0
где и, 1к - действующее значение напряжения к-й составляющей, тока к-й составляющей ряда Фурье несинусоидального напряжения, тока на входе ПРМ;
и, 1р - действующие значения несинусоидального напряжения и тока на входе ПРМ; к - номер гармонической составляющей; п - номер последней учитываемой гармоники.
Для расчета мощности ДS, которая образуется на входе регулятора, учитывается электрический потенциал источника энергии во время непроводящего состояния СПП регулятора:
AS =
Z Ulk Jl Il = Up • Ip, (4)
2
k
k=о V k=о
где ирк - действующее напряжение к-й гармонической составляющей на входе ПРМ во время непроводящего состояния СПП;
ир - действующее напряжение на входе ПРМ во время непроводящего состояния СПП.
Активная мощность на входе регулятора характеризует часть электрической энергии, которая необратимо преобразована в иной вид энергии в тяговых электродвигателях (ТЭД) и в тепловые потери энергии в электроприводе:
р = исо •1 о +Ёиск • 1к • СОБФ*,
(5)
к=1
где ис0 - постоянная составляющая напряжения на входе ПРМ во время проводящего состояния СПП;
иск - действующее напряжение к-й гармонической составляющей на входе ПРМ во время проводящего состояния СПП;
10 - постоянная составляющая тока на входе ПРМ;
фк - угол сдвига по фазе к-й гармоники тока относительно одноименной к-й гармоники напряжения на входе ПРМ.
Реактивная мощность на входе регулятора, которая характеризует часть электрической энергии, расходуемой на энергообмен между источником энергии и реактивными элементами электропривода,
Q = +1^2 • II • ^Ч
(6)
к=1
Аргумент полной мощности и входного электрического сопротивления регулятора мощности тягового электропривода
Ф2 = аг^
+
• Iк • в1п2 Фк
к=1
Цс0 •1о + ТЦск • 1к • СОБФк
к =1
(7)
Зависимость действующего тока на входе полупроводниковых преобразователей от эффективности использования электрического потенциала на входе можно получить, подставив выражения (3), (4) в (2):
I, . (8)
Из формулы (8) следует, что для энергосбережения при увеличении веса и скорости движения поездов необходимо повышать напряжение на токоприемнике электровозов и не-снижать электрический потенциал тягового электроснабжения преобразователями (Цр = 0).
Оценка эффективности современной системы тягового электроснабжения и тягового электропривода выполнена с помощью формул (1) - (7), математического моделирования работы трехсекционного грузового электровоза переменного тока с выпрямительно-инверторными преобразователями (ВИПами) при минимальном угле регулирования тиристорами а и коллекторными ТЭД НБ-514Б в среде Simulink программы ЫА^АВ. Электровоз работает в середине фидерной зоны контактной сети с двухсторонним питанием и по системе 2 х 25 кВ (рисунок 1) при моменте сопротивления на валу ТЭД 7772 Н-м.
С помощью блока ро^ег^ш выполнен ФФТ-анализ несинусоидального напряжения и тока (рисунок 2) на токоприемнике электровоза и рассчитаны составляющие баланса мощностей (2) - (7). SG = 11481,2 кВ-А.
Рисунок 1 - Математическая модель тягового электропривода трехсекционного грузового электровоза
с системой тягового электроснабжения 2 х 25 кВ
Активные мощности гармонических составляющих: Р1 = 9773,1 кВт; Р3 = 98,4; Р5 = 44,4; Р11 = 2,9; Р15 = 1,14; Р19 = 1,16 кВт. Суммарная активная мощность учитываемых гармоник на входе электропривода Р = 9921,1 кВт. Активная мощность 7-й, 9-й, 13-й, 17-й гармоник находится в пределах погрешности измерений и расчетов.
Реактивная мощность намагничивания гармонических составляющих тягового трансформатора электровоза Ql = 4745,6 кВ-Ар; Qз = 350,6; Qs = -86,7; Q^ = 15,7; Q9 = -6,7; Qll = 5,2; Qlз = -3,3; Ql5 = 1,2; Ql7 = -0,24;Q19 = 0,022 кВ• Ар. Суммарная реактивная мощность намагничивания учитываемых гармоник тягового трансформатора Q = 4759,3 кВ-Ар.
Из-за активно-индуктивного сопротивления системы тягового электроснабжения переменного тока и тяговых трансформаторов электровоза процесс переключения тока с одной пары тиристоров ВИПов на другую пару тиристоров выполняется в течение у = 54 электрических градусов (см. рисунок 2). В это время по первичной обмотке трансформатора и в кон-
тактной сети протекает повышенный ток во время короткого замыкания вторичной обмотки трансформатора тиристорами ВИПа, а напряжение на первичной обмотке снижается до Цсз = 10366 В.
Действующее напряжение на первичной обмотке тяговых трансформаторов во время коммутации тиристоров ВИПа ир = 6963,9 В можно приближенно рассчитать по формуле
и =
1 7
-fUK23 • sm2 atd(at) = UK3 • ' ' V
r sin2y Y +
v
2
(9)
у
Мощность на входе ВИПа (4) во время коммутации тиристоров Д£ = 3202 кВ-А.
FFT window: 1 of 1500 cycles of selected signal
\ \ \ \ \
/ / у
29.6 29.602 29.604 29.606 29.606 29.61 29.612 29.614 29.616 29.616 Time (s)
Samples per cycle = 2000
DC component = 0.000765
Fundamental = 3.476e+04 peak (2.453e+04 cms)
THD = 17.75%
0 Hz (DC)
50 Hz (Fnd:
100 Hz (h2)
150 Hz ■:h3)
200 Hz (Ml
250 Hz (h5)
300 Hz ■ih6)
350 Hz (h7)
400 Hz ■ih3)
450 Hz (hS)
500 Hz :hi0)
550 Hz : hll)
600 Hz (hi 2)
650 Hz : hI3)
700 Hz thMl
750 Hz thl5)
300 Hz thl6)
350 Hz ¡hi?)
500 Hz thlH)
550 Hz :hi5)
0 .00% 100.00% 0 . 00% 12 .81% 0 ..00%
3 ..34% 0 ..00%
4 .57% 0 ..00% 3 .03% 0 ..00% 3 .14% 0 .00% 2 .65% 0 .00% 1.92% 0 .00% 1.31% 0 .00% 1.32%
270 .0" -6 .5° 165.5° 165.5° 67.5° 101 .S" -27 .5° 17 . 3° 234 .2° 264 .6° 134 .0° 164 .6° 35 .5° 76 .5° -62 .4° -22 .6° 153 .4° 225 .7° 53 „5" 136 .0°
Samples per cycle = 2000 DC component = 5.143e-05
Fundamental = 625.1 peat (442 Ems)
THD = 23 .67%
0 Hz 50 Hz 100 Hz 150 Hz 200 Hz 250 Hz 300 Hz 350 Hz 400 Hz 450 Hz 500 Hz 550 Hz 600 Hz 650 Hz 700 Hz 750 Hz 300 Hz 350 Hz 500 Hz 550 Hz
(DC) : (Find) :h2) : Li3) : Li4) : h5) : h6) : :h7) : hB) : hS) : hlO) : (hll): Ы2) : hl-3) : hii) : hl5) : :hl6) : hll] : hXH) : hlS) :
0 .00% 100 .00% 0 .00% 26 .17% 0 .00% 10 .50% 0 .00% 4 .02% 0 .00% 2 .07% 0 .00% 1 .75% 0 .00% 1 .26% 0 .00% 0 .75% 0 .00% 0 .65% 0 .00% 0 .55%
SO .0" -32 .4' 221 .4' 264 .8" 173 .7'
155 .2" 123.3' 110 .2' 243 .3"
-3.3' 202 .7' 256 .4'
156 .4" 168 .5' 115 .2"
63 .5' 231 .2' -38 .8" 186 .2' 227 .3"
Рисунок 2 - Результаты спектрального ФФТ-анализа напряжения и тока на входе ВИПа
Баланс мощностей на входе ВИПа тягового электропривода грузового электровоза:
"у/11481,22 - 32022 =^19921,12 + 4759,32.
Погрешность расчета составляет 0,2 %.
Действующее напряжение на токоприемнике электровоза ниже номинального, поэтому скорость движения поезда 43 км/ч. Тяговый трансформатор электровоза за время более 31 % от периода переменного напряжения работает в режиме короткого замыкания вторичной обмотки тиристорами ВИПа из-за индуктивного сопротивления системы электроснабжения и тягового трансформатора электровоза. Коэффициент полезного действия ТЭД 93,2 %, а КПД ВИПа и тягового трансформатора электровоза - 85,1 %. Потери активной мощности в ВИПе и тяговом трансформаторе электровоза на 40 % больше потерь активной мощности в контактной сети. Стрела провеса контактного провода может увеличиваться до недопустимых
размеров из-за потребляемого электровозом завышенного тока (8), что подтверждается результатами опытного вождения соединенных поездов. Коэффициент мощности с использованием формул (3), (5) КМ = 0,86. Для повышения энергетической эффективности электрической тяги поездов следует комплексно модернизировать систему тягового электроснабжения и регулятор мощности тягового электропривода электровоза.
Коэффициент мощности, рассчитанный по известной формуле (1) КМ = 0,87, а для его повышения следует из формулы компенсировать мощность сдвига и мощность искажения с помощью дополнительного оборудования.
В работах [17, 18] предложен регулятор мощности вместо ВИПа, который увеличивает продолжительность использования электрического потенциала контактной сети переменного тока для тяги, а на этапах пуска, трогания и разгона поезда значительно улучшает динамику, энергетические показатели электровоза. При работе электровоза переменного тока в номинальном режиме однофазный мостовой выпрямитель на тиристорах ВИПа и выпрямитель на диодах в предложенном регуляторе ухудшают энергетические показатели и электромагнитную совместимость электропривода электровоза с системой электроснабжения переменного тока.
Предложенный регулятор обеспечивает работу электровоза с электроснабжением от контактной сети постоянного тока. Математическая модель тягового электропривода электровоза постоянного тока в режиме пуска, трогания и разгона (рисунок 3) с номинальным напряжением 12 кВ и электрическим полупроводниковым вариатором ESV для регулирования мощности 12 ТЭД трехсекционного грузового электровоза свидетельствует о возможности повышения провозной и пропускной способности железной дороги.
Зйэге с^ епегду 1ог РС 12 Мо!ог Рпуе (0($сге1е)
Ус! С 48,3 V
* : рмв б4ез|
Рисунок 3 - Математическая модель тягового электропривода трехсекционного грузового электровоза в режиме пуска до V = 5 км/ч и системы тягового электроснабжения постоянного тока 12 кВ
К выходным выводам ESV присоединены параллельно ТЭД. При установившейся скорости движения электровоза V = 5 км/ч за счет полного использования электрического потен-
циала на токоприемнике электровоза Цр = 11670 В из контактной сети потребляется ток 1р = 133,1 А. К обмоткам электродвигателей прикладывается напряжение 138,4 В, по обмоткам ТЭД протекает суммарный ток 9721 А, что свидетельствует о том, что регулятор имеет свойство электрического полупроводникового вариатора. В данном режиме работы коэффициент полезного действия ESV составляет 86,6 %, а КПД электродвигателей - 69,7 %. Потери мощности в контактной сети 44 кВт, потери мощности в регуляторе электровоза 208 кВт. Из осциллограмм (рисунок 4) напряжения на токоприемнике Цр, на обмотках ТЭД итока в токоприемнике 1р, в обмотке ТЭД I^ и скорости вращения вала ТЭД п следует, что при максимальном пусковом токе в каждом ТЭД 1500 А электровоз потребляет из контактной сети 130 А.
хЮ4 и!р
в)
Рисунок 4 - Осциллограммы напряжений (а), токов (б), частоты вращения вала электродвигателя (в)
Исследованием работы тягового электропривода при номинальном моменте сопротивления на валах ТЭД 7772 Нм (рисунок 5) в середине фидерной зоны контактной сети постоянного тока с напряжением 12 кВ установлено, что электровоз развивает скорость 50 км/ч. Напряжение на токоприемнике 9221 В при потребляемом токе из контактной сети 1111 А. Коэффициент полезного действия ESV nEsv = 94,3 %, КПД ТЭД Птэд = 94,3 %. Потери активной мощности в контактной сети ЛРКС = 84,2 %, в регуляторе мощности ESV электровоза ЛРЕ^ = 15,8 % от суммарных потерь 3664 кВт в данных узлах электропривода. Уровень напряжения и величина тока на токоприемнике электровоза свидетельствуют о возможности
пропускать поезда пакетом, составные и скоростные поезда в межподстанционной зоне железной дороги - с номинальной скоростью. Для снижения потерь активной мощности в контактной сети постоянного тока напряжением 12 кВ целесообразно (8) увеличивать напряжение. При работе эксплуатируемых трехсекционных электровозов постоянного тока в номинальном режиме и напряжением в контактной сети Цн = 3 кВ потери активной мощности в семь раз больше, чем в рассмотренном примере.
Ранее были выполнены на практике исследования электрической тяги [6] с применением системы постоянного тока напряжением 12 кВ. В данной работе регулирование мощности выполняется электрическим полупроводниковым вариатором ESV при параллельном соединении обмоток ТЭД, исключающем применение группировки и последовательного соединения.
Эйхе сЛ епегду 1Ъг РС 12 Мо1ог Ог^е (0;&сге1е)
01зсге1е 1е-05 5_
\Л)Наде 2
□
Шр
□
Шй +
-Шп -
1.Р25а+07|
"V-! +
904,6 V
ад.
+ V 994.6]
УоЛаде 6
-^Ж'-Л^а-"
-' >
Рисунок 5 - Математическая модель системы тягового электроснабжения постоянного тока 12 кВ и тягового электропривода трехсекционного грузового электровоза при V = 50 км/ч
С помощью ESV можно выполнять корректировку напряжения на обмотках ТЭД, кроме того, с помощью регуляторов тока в обмотках возбуждения, разработанных авторами, можно распределять силу тяги за счет поосного, потележечного и посекционного выравнивания мощности ТЭД. Применение системы постоянного тока напряжением 12 кВ позволит проверить работу оборудования на практике и приобрести опыт изготовления, эксплуатации нового оборудования.
В дальнейшем можно повысить пропускную и провозную способность железной дороги с сокращением потерь электрической энергии в контактной сети, если укомплектовать тяговые подстанции переменного тока с трехфазным линейным напряжением 27,5 кВ трехфазными 12-пульсовыми выпрямителями, применить предложенные регуляторы мощности на подстанциях для стабилизации напряжения и на электровозах для регулирования мощности. Повышение напряжения в контактной сети постоянного тока до 37,1 кВ с распределением тока нагрузки на 12 плеч выпрямителя подстанции позволит снизить отрицательное влияние коммутации тока силовыми полупроводниковыми приборами однофазных выпрямителей
электровозов переменного тока на энергетическую эффективность электрической тяги поездов.
Таким образом, с помощью уточненного закона сохранения энергии, спектрального анализа и разработанной теории энергетических процессов в электрической цепи выявлена причина неудовлетворительной энергетической эффективности системы тягового электроснабжения, тягового электропривода электровозов переменного и постоянного тока. Потери напряжения, активной мощности в современных системах тягового электроснабжения и в тяговом электроприводе электровозов сдерживают реализацию тяжеловесного вождения поездов и скоростного движения на железной дороге.
Для снижения тока, потребляемого электровозами из контактной сети с увеличением их мощности, необходимо увеличивать напряжение на токоприемнике (8), применять на тяговых подстанциях, на электровозах регуляторы мощности с полным и непрерывным использованием электрического потенциала системы электроснабжения и устранять отрицательное влияние индуктивности контактной сети переменного тока, тяговых трансформаторов электровозов переменного тока на энергетическую эффективность электрической тяги.
Список литературы
1. Бурков, А. Т. Электроника и преобразовательная техника: В 2 т. [Текст] / А. Т. Бурков. -М.: Транспорт, 2015. - Т. 2. - 307 с.
2. Akagi, H. Instantaneous power theory and applications to power conditioning. The power engineering: Handbook / H. Akagi, E. Watanabe, M. Aredes. - New-York: Wiley, 2007. - 379 p.
3. Бозе, Б. К. Современная силовая электроника и преобразователи переменного тока [Текст] / Б. К. Бозе // Prentige Hall PTR. - 2002. - 738 с.
4. Преобразователь выпрямительно-инверторный ВИП-1000-У1: Руководство по эксплуатации ИЕАЛ.435411.046 РЭ [Текст] / ОАО «Электровыпрямитель». - Саранск, 2008. - 35 с.
5. Копанев, А. С. Испытания системы компенсации реактивной мощности на электровозе 3ЭС5К [Текст] / А. С. Копанев, П. А. Хрипков, В. М. Волков // Вестник Всероссийского научно-исследовательского и проектно-конструкторского института электровозостроения / ВЭЛНИИ. - Новочеркасск. - 2010. - Т. 2 (60). - С. 14 - 36.
6. Аржанников, Б. А. Тяговое электроснабжение постоянного тока скоростного и тяжеловесного движения поездов: Монография [Текст] / Б. А. Аржанников / Уральский гос. ун-т путей сообщения. - Екатеринбург, 2012. - 207 с.
7. Отчет № ТЭЛ.094-14-2014 тягово-энергетических испытаний по оценке тяговых свойств электровоза серии 2ЭС5 с асинхронным тяговым приводом на участке Тайшет -Токсимо, установления критической нормы массы поезда для серии 2ЭС5 [Текст] / Дирекция тяги ВСЖД филиала ОАО «РЖД». - Иркутск, 2014. - 348 с.
8. Отчет о научно-исследовательской работе «Тягово-энергетические испытания электровоза 2ЭС7 в условиях Восточно-Сибирской железной дороги филиала ОАО «РЖД» [Текст] / АО ВНИИЖТ. - М., 2016. - 143 с.
9. Черемисин, В. Т. Организация контроля предельных режимов работы тяговой сети в условиях скоростного и тяжеловесного движения / В. Т. Черемисин, А. Л. Каштанов,
В. Л. Незевак // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2017. -№ 1 (29). - С. 83 - 90.
10. Марикин, А. Н. Повышение эффективности тягового электроснабжения при пропуске скоростных и тяжеловесных поездов [Текст] / А. Н. Марикин // Электрификация и научно-технический прогресс на железнодорожном транспорте: Сб. докл. второго междунар. симпозиума «Элтранс-2003» / ПГУПС. - СПб, 2003. - С. 297 - 306.
11. Косарев, А. Б. Проблемы развития скоростного движения [Текст] / А. Б. Косарев, О. Н. Назаров // Материалы второго междунар. симпозиума eltrans «Электрификация и науч-
но-технический прогресс на железнодорожном транспорте» / ПГУПС. - СПб., 2003' - С. 42 - 54'
12' Широченко, Н. Н. Улучшение энергетики электровозов переменного тока [Текст] / Н' Н' Широченко, В. А. Татарников, З. Г. Бибинеишвили // Железнодорожный транспорт. -1988' - № 7. - С. 33 - 37'
13' Пат. 2212086 Российская Федерация, МПК B60L 9/12 (2006.1) Устройство для компенсации реактивной мощности [Текст] / Кулинич Ю. М, Савоськин А. Н.; заявитель и патентообладатель ООО «ЭЛМЕХтранс А». - № 2001127970/09; заявл. 16.10.2001; опубл. 10'09'2003, Бюл. № 24.
14. Тайгелькеттер, И. Мощный преобразователь на IGBT-транзисторах для применения на железнодорожном подвижном составе [Текст] / И. Тайгелькеттер, Д. Ширенгер. -Мюнхен: Siemens AG, 2000.
15. Эффективность электроэнергетической системы [Текст] / Т. Л. Алексеева, Н. Л. Ряб-ченок и др. // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2015. -№ 3 (47). - С. 181 - 186.
16. Alekseeva T. Technology of electric power efficient use in transport / T. Alekseeva, N. Ryabchyonok, L. Astrakhantsev // Advances in Intelligent Systems and Computing. - 2018. -vol. 692. - Pp. 120 - 133.
17. Пат. 2388136 Российская Федерация, МПК H02P 27/08 (2006.01) Способ регулирования мощности и устройство преобразователя сопротивления для электрических машин переменного тока [Текст] / Алексеева Т. Л., Астраханцев Л. А., Рябченок К. П.; заявитель и патентообладатель авторы. - № 2008100829/09; заявл. 09.01.2008; опубл. 27.04.2010, Бюл. № 12.
18. Электрические полупроводниковые вариаторы для управления мощностью тяговых коллекторных и асинхронных машин [Текст] / Н. Л. Рябченок, Т. Л. Алексеева, Л.А. Астраханцев // Инновационный транспорт-2016: специализация железных дорог: Материалы меж-дунар. науч.-техн. конф. / Уральский гос. ун-т путей сообщения. - Екатеринбург, 2017. -С. 277 - 282.
References
1. Burkov A'T. Elektronika i preobrazovatel'naya tekhnika (Electronics and Converter Technology). Moscow, UMTs ZhDT, Vol. 1, 2015, 307 p.
2. Akagi H., Watanabe E., Aredes M. Instantaneous power theory and applications to power conditioning. The power engineering. New York: Handbook, Wiley, 2007, 379 p.
3. Boze B. K. Sovremennaja silovaja jelektronika i preobrazovateli peremennogo toka (Modern power electronics and AC converters), Prentige Hall PTR, 2002, 738 p.
4. Preobrazovatel' vypryamitel'no-invertornyi VIP-1000-U1: Rukovodstvo po ekspluatatsii IEAL.435411.046 (Rectifier-inverter VIP-1000-U1 converter: Operating Manual IEAL.435411.046 RE). Saransk: JSC Electric rectifier, 2008, 35 p.
5. Kopanev A. S., Khripkov P.A., Volkov V. M. Ispytaniya sistemy kompensatsii reaktivnoi moshchnosti na elektrovoze 3ES5K [Tests of a system of compensation of jet power on an electric locomotive 3ES5K]. Vestnik Vserossiiskogo nauchno-issledovatel'skogo i proektno-konstruktorskogo instituta elektrovozostroeniya - Messenger of the All-Russian research and design institute of an elektrovozostroyeniye, vol. 2 (60), pp. 14 - 36.
6. Arzhannikov B. A. Tyagovoe elektrosnabzhenie postoyannogo toka skorostnogo i tyazhe-loves-nogo dvizheniya poezdov: Monografiya (Traction DC power supply for high-speed and heavy-duty train traffic: Monography). Yekaterinburg: USURT, 2012, 207 p.
7. Otchet № TEL.094-14-2014 Tyagovo-energeticheskikh ispytanii po otsenke tyagovykh svoistv elektrovoza serii 2ES5 s asinkhronnym tyagovym privodom na uchastke Taishet-Toksimo, ustanovleniya kriticheskoi normy massy poezda dlya serii 2ES5 (Report No. TEL.094-14-2014 Traction-energy tests on evaluation of traction properties of electric locomotive series 2ES5 with asynchronous traction drive on the Taishet-Toksimo section, establishment of critical standard of train
mass for series 2ES5), Traction management of VZhD branch of JSC "Russian Railways", Irkutsk,
2014, 348 p.
8. Otchet o nauchno-issledovatel'skoi rabote «Tyagovo-energeticheskie ispytaniya elektrovoza 2ES7 v usloviyakh Vostochno-Sibirskoi zheleznoi dorogi filiala OAO «RZhD» (Report on the research work "Traction and energy tests of the electric locomotive" in the 2ES7 of the East Siberian railway of the branch of JSC "Russian Railways"), JSC VNIIJ, Moskva, 2016, 143 p.
9. Cheremisin V. T., Kashtanov A. L., Nezevak V. L. Organization of control of limit working hours of traction network in conditions of the high-speed and heavy movement [Organizatsiya kontrolya predel'nykh rezhimov raboty tyagovoi seti v uslo-viyakh skorostnogo i tyazhelovesnogo dvizheniya]. Izvestiia Transsiba - The journal of Transsib Railway Studies, 2017, no. 1 (29), pp. 83 - 90.
10. Marikin A.N. Povyshenie effektivnosti tyagovogo elektrosnabzheniya pri propuske skorost-nykh i tyazhelovesnykh poezdov [Improving the efficiency of traction power supply when passing fast and heavy trains]. Sb. dokl. vtorogo mezhdunarodnogo sim-poziuma Eltrans-2003: Elektrif-ikatsiya i nauchno-tekhnicheskii progress na zheleznodorozhnom transporte (Compilation of Reports of the Second International SIM Eltrans-2003: Electrification and Scientific and Technical Progress in Railway Transport). - St. Petersburg, 2003, pp. 297 - 306.
11. Kosarev A. B., Nazarov N. Problemy razvitiya skorostnogo dvizheniya [Problems of development of high-speed traffic]. Materialy vtorogo mezhdunar. simpoziuma eltrans «Elektrif-ikatsiya i nauchno-tekhnicheskii progress na zheleznodorozhnom transporte» (Materials of the second international symposium eltrans "Electrification and scientific and technological progress in railway transport"). - St. Petersburg, 2003, pp. 42 - 54.
12. Shirochenko N. N., Tatarnikov V. A., Bibineishvili Z. G. Uluchshenie energetiki elect-rovozov peremennogo toka [Improvement of energy of AC electric locomotives]. Zheleznodorozhnyj transport - Railway transport, 1988, no. 7, pp. 33 - 37.
13. Kulinich Yu. M., Savos'kin A. N. Patent RU2212086 C2,10.09.2003.
14. Taigel'ketter I., Shirenger D. Moshchnyi preobrazovatel' na IGBT-tranzistorakh dlya primeneniya na zhe-leznodorozhnom podvizhnom sostave (Powerful converter on IGBT-transistors for application on a cross-line rolling stock). Munich: Siemens AG, 2000.
15. Alekseeva T. L., Ryabchenok N. L., Astrakhantseva N. M., Astrakhantsev L. A. Effectiveness of an electrical power system [Effektivnost' elektroenergeticheskoi sistemy]. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie. - Modern technologies. System analysis. Modeling,
2015, no. 3 (47), pp. 181 - 186.
16. Alekseeva T. L., Ryabchyonok N. L., Astrakhantsev L. A. Technology of electric power efficient use in transport, Advances in Intelligent Systems and Computing, 2018, no. 692, pp. 120 - 133.
17. Alekseeva T. L., Astrakhantsev L. A., Ryabchyonok N. L. Patent RU2388136 C2, 27.04.2010.
18. Ryabchenok N. L., Alekseeva T. L., Astrakhantsev L. A. Electric semiconductor variators for power control of traction and induction machines [Elektricheskie poluprovodnikovye variatory dlya upravleniya moshchnost'yu tyagovykh kollektornykh i asinkhronnykh mashin]. Innovatsionnyi transport - 2016: spetsializatsiya zheleznykh dorog: Materialy Mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii (Innovative transport - 2016: railway specialization: Materials of the International Scientific and Technical Conference). - Ekaterinburg, 2017, pp. 277 - 282.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Рябченок Наталья Леонидовна
Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС).
Чернышевского ул., д. 15, г. Иркутск, 664074, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент, заведующая кафедрой «Математика», ИрГУПС. Тел.: +7-914-009-90-19. E-mail: astranal@mail.ru
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Ryabchenok Natalya Leonidovna
Irkutsk State Transport University (IrSTU).
15, Chernishevskogo st., Irkutsk, 664074, the Russian Federation.
Ph. D. in Engineering, Associate Professor of the department «Matematical», IrSTU. Phone: +7-914-009-90-19. E-mail: astranal@mail.ru
Алексеева Татьяна Леонидовна
Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС).
Чернышевского ул., д. 15, г. Иркутск, 664074, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Математика», ИрГУПС.
Тел.: +7-902-516-78-43.
E-mail: talecseeva843@gmail.com
Астраханцев Леонид Алексеевич
Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС).
Чернышевского ул., д. 15, г. Иркутск, 664074, Российская Федерация.
Доктор технических наук, профессор кафедры «Электроэнергетика транспорта», ИрГУПС.
Тел.: +7-950-113-43-60.
E-mail: astrahancevl943@mail.ru
Тихомиров Владимир Александрович
Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС).
Чернышевского ул., д. 15, г. Иркутск, 664074, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Электроэнергетика транспорта», ИрГУПС.
Тел.: +7-924-603-45-82.
E-mail: svat_irk@mail.ru
Alekseeva Tatyana Leonidovna
Irkutsk State Transport University (IrSTU).
15, Chernishevskogo st., Irkutsk, 664074, the Russian Federation.
Ph. D. in Engineering, Associate Professor of the department «Matematical», IrSTU.
Phone: +7-902-516-78-43.
E-mail: talecseeva843@gmail.com
Astrakhancev Leonid Alekseevich
Irkutsk State Transport University (IrSTU).
15, Chernishevskogo st., Irkutsk, 664074, the Russian Federation.
Doctor of Technical Sciences, Professor of the department «Transport power industry», IrSTU.
Phone: +7-950-113-43-60.
E-mail: astrahancevl943@mail.ru
Tikhomirov Vladimir Aleksandrovich
Irkutsk State Transport University (IrSTU).
15, Chernishevskogo st., Irkutsk, 664074, the Russian Federation.
Ph. D. in Engineering, Associate Professor of the department «Transport power industry», IrSTU.
Phone: +7-924-603-45-82.
E-mail: svat_irk@mail.ru
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Энергетическая эффективность тягового привода магистральных электровозов [Текст] / Н. Л. Рябченок, Т. Л. Алексеева и др. // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2020. -№ 1 (41). - С. 29 - 41.
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Ryabchenok N. L., Alekseeva T. L., Astrakhancev L. A., Tikhomirov V. A. Energy. efficiency of traction drive of railway road electric locomotives. Journal of Transsib Railway Studies, 2020, no. 1 (41), pp. 29 - 41(In Russian).
УДК 621.336.2
О. А. Сидоров, А. Н. Смердин, А. И. Слатин
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС), г. Омск, Российская Федерация
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО РАЗУПРОЧНЕНИЯ ТОКОПРИЕМНИКОВ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА
Аннотация. В статье проведен анализ изменения прочностных свойств конструкционных материалов, использующихся при производстве токоприемников электроподвижного состава, предложена методика расчета снижения ресурсных показателей элементов системы подвижных рам токоприемников электроподвижного состава, изготовленных из упрочненных алюминиевых сплавов, в результате теплового воздействия протекающего тока. Рассмотрены особенности нагрева рычагов токоприемника в ходе лабораторных испытаний. Установлены
