Научная статья на тему 'КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ ТЯГОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА ЭЛЕКТРОВОЗА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА СЕРИИ «O’Z-ELR»'

КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ ТЯГОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА ЭЛЕКТРОВОЗА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА СЕРИИ «O’Z-ELR» Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
248
53
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТЯГОВЫЙ ТРАНСФОРМАТОР / ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ / ХОЛОСТОЙ ХОД / КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ / МОДЕЛИРОВАНИЕ / ЭЛЕКТРОВОЗ / ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК / TRACTION TRANSFORMER / TRACTION ELECTRIC MOTOR / IDLE RUN / SHORT CIRCUIT / SIMULATION / ELECTRIC LOCOMOTIVE / ALTERNATING CURRENT

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Назирхонов Т. М., Якушев А. Я.

Цель: Представить способ определения основных параметров и разработать компьютерную модель в среде MATLAB Simulink тягового трансформатора электроподвижного состава переменного тока типа JQFP-10160/25, применяемого на современных электровозах переменного тока серии «O’Z-ELR». Тяговый трансформатор является одним из важных элементов тягового привода, параметры которого существенно влияют на протекание электромагнитных процессов в тяговом преобразователе и тяговых двигателях в режимах тяги и рекуперативного торможения. Методы: Основные параметры обмоток тягового трансформатора для проведения моделирования находятся на основе паспортных данных, опытов холостого хода и короткого замыкания. Достоверность математической модели проверена путем сопоставления величин токов и напряжений, полученных при моделировании с расчетными величинами, определенными на основе опытов холостого хода и короткого замыкания тягового трансформатора. Результаты: Адекватность компьютерной имитационной модели тягового трансформатора электровоза подтверждается воспроизводимыми режимами холостого хода и короткого замыкания. Проведенное моделирование свидетельствует о том, что параметры компьютерной имитационной модели соответствуют характеристикам тягового трансформатора электровозов серии «O’Z-ELR». Практическая значимость: Разработанная математическая модель тягового трансформатора является составной частью комплексной имитационной модели тяговых преобразователей и асинхронной тягового привода электровоза. Компьютерная модель позволит воспроизвести электромагнитные процессы, близкие к реальным, протекающим в тяговом приводе электровоза переменного тока в режимах тяги и рекуперативного торможения

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Назирхонов Т. М., Якушев А. Я.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

COMPUTER MODEL OF A TRACTION TRANSFORMER OF O’Z-ELR SERIES ALTERNATING CURRENT ELECTRIC LOCOMOTIVE

Objective: To present a method for determining the main parameters and - using the MATLAB Simulink environment - to develop a computer model of a traction transformer of an alternating current electric rolling stock JQFP-10160/25. A traction transformer is one of the critical elements of a traction drive, the parameters of which significantly influence the electromagnetic processes in a traction converter and traction motors in traction and regenerative braking modes. This article discusses modern O’Z-ELR series AC electric locomotives. The adequacy of the computer simulation model of the electric locomotive traction transformer is confirmed by reproducible idle and short-circuit modes. Methods: The main parameters of the traction transformer windings for modeling are based on the manufacturer’s certificate data, idle and short circuit tests. The mathematical model reliability was verified by comparing the values of currents and voltages obtained during the simulation with the calculated values based of the idle and short-circuit tests of the traction transformer. Results: The simulation carried out shows that the computer simulation model parameters correspond to the characteristics of the O’Z-ELR series electric locomotive traction transformer. Practical importance: The developed mathematical model of traction converters is part of an integrated simulation model of traction converters and an asynchronous traction drive of an electric locomotive. The computer model will make it possible to reproduce almost real-life electromagnetic processes occurring in a traction drive of an AC electric locomotive during traction and regenerative braking

Текст научной работы на тему «КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ ТЯГОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА ЭЛЕКТРОВОЗА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА СЕРИИ «O’Z-ELR»»

УДК 629.423.1

Компьютерная модель тягового трансформатора электровоза переменного тока серии «O'Z-ELR»

Т. М. Назирхонов, А. Я. Якушев

Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, Российская Федерация, 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9

Для цитирования: Назирхонов Т. М., Якушев А. Я. Компьютерная модель тягового трансформатора электровоза переменного тока серии «O'Z-ELR» // Известия Петербургского университета путей сообщения. - СПб.: ПГУПС, 2020. - Т. 17. - Вып. 3. - С. 416-427. Б01: 10.20295/1815-588Х-2020-3-416-427

Аннотация

Цель: Представить способ определения основных параметров и разработать компьютерную модель в среде МА^АВ 81шиНпк тягового трансформатора электроподвижного состава переменного тока типа JQFP-10160/25, применяемого на современных электровозах переменного тока серии «0'Z-ELR». Тяговый трансформатор является одним из важных элементов тягового привода, параметры которого существенно влияют на протекание электромагнитных процессов в тяговом преобразователе и тяговых двигателях в режимах тяги и рекуперативного торможения. Методы: Основные параметры обмоток тягового трансформатора для проведения моделирования находятся на основе паспортных данных, опытов холостого хода и короткого замыкания. Достоверность математической модели проверена путем сопоставления величин токов и напряжений, полученных при моделировании с расчетными величинами, определенными на основе опытов холостого хода и короткого замыкания тягового трансформатора. Результаты: Адекватность компьютерной имитационной модели тягового трансформатора электровоза подтверждается воспроизводимыми режимами холостого хода и короткого замыкания. Проведенное моделирование свидетельствует о том, что параметры компьютерной имитационной модели соответствуют характеристикам тягового трансформатора электровозов серии «0'Z-ELR». Практическая значимость: Разработанная математическая модель тягового трансформатора является составной частью комплексной имитационной модели тяговых преобразователей и асинхронной тягового привода электровоза. Компьютерная модель позволит воспроизвести электромагнитные процессы, близкие к реальным, протекающим в тяговом приводе электровоза переменного тока в режимах тяги и рекуперативного торможения.

Ключевые слова: Тяговый трансформатор, тяговый электродвигатель, холостой ход, короткое замыкание, моделирование, электровоз, переменный ток.

Введение

В настоящее время железнодорожная компания АО «Узбекистон темир йуллари» - одна из главных энергопотребителей Республики Узбекистан. Она осуществляет около 80 % грузоперевозок страны и является основным техноло-

гическим звеном ее топливно-энергетического комплекса в цепи производства, передачи и потребления энергии. При этом по удельному расходу энергоресурсов на единицу перевозочной работы железнодорожный транспорт - наиболее экономичный вид транспорта. Основной объем потребления приходится на электрическую тягу

поездов. Компанией разработана энергетическая стратегия развития железных дорог Узбекистана до 2030 г., в одном из пунктов которой намечено обновление подвижного состава и технических средств с продолжительными сроками службы новой техники, высокой производительностью и низкой ремонтоемкостью. Начиная с 2008 г. АО «Узбекистон темир йуллари» закупает электровозы переменного тока серий «O'Z-EL» и «O'Z-ELR» с тяговыми преобразователями на базе ЮВТ-транзисторов и асинхронным тяговым электроприводом, микропроцессорным управлением, системой поосного регулирования силы тяги и торможения, модульной компоновкой электрооборудования [1-4].

В свете принятых решений существует актуальная проблема увеличения энергетической эффективности железнодорожного транспорта, связанная с повышением эксплуатационных энергетических показателей электрического подвижного состава (ЭПС). Важным шагом в этом направлении является проведение исследований с использованием компьютерных имитационных моделей, позволяющих воспроизводить электромагнитные процессы в тяговом электроприводе и преобразователях, адекватные реальным условиям применения на ЭПС преобразователей с различными алгоритмами управления в режимах тяги и рекуперативного торможения, а также выполнять функции обработки полученных результатов моделирования.

Энергопотребление ЭПС в эксплуатационных режимах регистрируется штатными измерительными приборами - счетчиками электроэнергии. Составляющие расхода и потерь электроэнергии при работе ЭПС можно учесть только аналитическими методами и с помощью компьютерного моделирования. Для проведения анализа энергобаланса необходимо определить параметры, а также энергетические показатели преобразователей и агрегатов тягового электропривода. Правильный выбор параметров и характеристик тягового трансформатора существенно влияет на адекватность воспроизведения с использованием компьютерной модели электромагнитных процессов в силовых цепях ЭПС.

Расчет параметров тягового трансформатора JQFP-10160/25 электровоза переменного тока серии «O'Z-ELR»

Современные электровозы переменного тока серии «O'Z-EL» и «O'Z-ELR» оборудованы однофазными тяговыми трансформаторами модели JQFP-10160/25. Конфигурация обмоток трансформатора показана на рис. 1. Определение параметров обмоток тягового трансформатора JQFP-10160/25 производится на осно-

обмотки

Рис. 1. Схема обмоток тягового трансформатора JQFP-10160/25

ТАБЛИЦА 1. Паспортные данные трансформатора JQFP-10160/25

Физические величины трансформатора Величина параметра

Частота питающей сети, Гц 50

Номинальная мощность сетевой обмотки, кВА 9006

Номинальное напряжение сетевой обмотки, кВ 25

Номинальный ток сетевой обмотки, А 360

Ток холостого хода при напряжении 25 кВ, 0% 1,0

Номинальное напряжение тяговых обмоток а1-х1, ..., а6-х6, В 1450

Коэффициент трансформации 17,24

Номинальный ток тяговых обмоток а1-х1, ..., а6-х6, А 965

Номинальная мощность тяговых обмоток, кВА 1400x6

Напряжение короткого замыкания (к. з. обмоток а1-х1, ..., а6-х6), % 49

Мощность потерь номинального режима трансформатора, кВт 243

вании паспортных данных, опытов холостого хода и короткого замыкания, приведенных в табл. 1 [4].

Полное сопротивление короткого замыкания трансформатора (Ом) рассчитывается по формуле

7 _ Ulk • U1h • K т к ~ т

12н • п

в которой и1к - напряжение короткого замыкания, %, и1н - номинальное напряжение первичной (сетевой) обмотки трансформатора, кВт; Кт - коэффициент трансформации, равный

Кт = ; п - число тяговых обмоток; I - но-

U

минальный ток вторичной (тяговой) обмотки трансформатора, А [5].

Мощность потерь короткого замыкания ДРк (кВт), расходуемая на нагревание обмоток трансформатора, равна

п212

APk _ rkJLLj2H

2

K

здесь г, - это активное сопротивление обмоток трансформатора, приведенное к первичной обмотке.

Потери в стали магнитопровода трансформатора в номинальном режиме определяются следующим образом:

АРС _АРн-АРк,

где ДРн - потери мощности в номинальном режиме трансформатора.

Трансформатор функционирует с максимальным коэффициентом полезного действия при нагрузке, равной % номинальной. В этом случае потери переменные (в меди) равны потерям постоянным (в стали):

др, J =ДР.

Отсюда потери в меди для режима короткого замыкания трансформатора (кВт) составляют

АРк _

АР,

1 +

^л2

V 4 J

Активное сопротивление обмоток трансформатора, приведенное к первичной обмотке (Ом), равно

rk _

АРк -103 2

2j2 т '

П 72н

индуктивное сопротивление обмоток трансформатора, обусловленное магнитными потоками рассеяния (Ом):

X, Z\ - rk .

Аа-

Xlc

2-п • f

2-п • fc

r -LL

Г1 ~ '

rL. 2

активное сопротивление каждой вторичной (тяговой) обмотки, (а1-х1, ..., а6-х6) (Ом),

r2

2- К2

n.

Индуктивное сопротивление первичной обмотки трансформатора, зависимое от магнитных потоков рассеяния, определяется на основании приведения всех тяговых обмоток к одной эквивалентной и допущения равенства магнитных потоков рассеяния первичной и вторичных обмоток (Ом):

Х1а = ^ • Хк ,

индуктивное сопротивление эквивалентной вторичной обмотки рассеяния с учетом принятого допущения (Ом)

У = I X*

X 20 2 - Кт2.

Индуктивность рассеяния первичной (сетевой) обмотки (Гн) находим следующим образом:

где/ - частота напряжения тяговой сети (Гц) [6]. С

Индуктивность рассеяния каждой вторичной (тяговой) обмотки трансформатора, (а1-х1,.., а6-х6) (Гн),

L2a- n- ^

Полное сопротивление магнитной цепи трансформатора (Ом) вычисляется по формуле

Z - UlH

40

где I - ток холостого хода трансформатора.

Активная составляющая тока холостого хода трансформатора определяется на основании потерь в стали трансформатора, равных разности полных потерь и потерь короткого замыкания (А):

= APH -APk

mA

lH

активное сопротивление магнитной цепи (Ом)

ии

Rm

lH

mA

Ток намагничивания магнитной цепи трансформатора (А)

Т = ¡Т 2 - Т 2

Jm _ VJ0 *mA '

Активное сопротивление первичной (сетевой) обмотки трансформатора определяется на основании допущения равенства потерь в первичной и вторичных обмотках так:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Индуктивное сопротивление магнитной цепи (Ом)

X = ^.

т т

т

Индуктивность магнитной цепи трансформатора (Гн)

Т = Xm

■Л-*™ -

2-п-f

Результаты расчета параметров обмоток тягового трансформатора JQFP-10160/25 систематизированы в табл. 2.

ТАБЛИЦА 2. Расчетные параметры и основные электротехнические величины

трансформатора JQFP-10160/25

Параметры и данные Обозначение Значение

Полное сопротивление короткого замыкания обмоток, Ом zk 36,47

Потери короткого замыкания, кВт АРк 155,5

Активное сопротивление обмоток, приведенное к первичной обмотке трансформатора, Ом rk 1,38

Индуктивное сопротивление, обусловленное магнитными потоками рассеяния, приведенное к первичной обмотке трансформатора, Ом Xk 36,37

Индуктивное сопротивление первичной обмотки, Ом Xi. 18,19

Индуктивное сопротивление вторичной (тяговой) обмотки, а1-х1, ..., а6-х6, Ом X2. 0,37

Индуктивность рассеяния первичной обмотки, Гн А. 0,058

Индуктивность рассеяния вторичной обмотки трансформатора, Гн L2G 0,00118

Сопротивление первичной обмотки, Ом Г1 0,69

Сопротивление вторичной обмотки, Ом Г2 0,014

Полное сопротивление магнитной цепи, Ом z m 6950

Активное сопротивление магнитной цепи, Ом R m 8060

Индуктивное сопротивление магнитной цепи, Ом X m 13 900

Индуктивность магнитной цепи трансформатора, Гн L m 44

Активная составляющая тока холостого хода трансформатора, А IA mA 3,1

Ток намагничивания магнитной цепи трансформатора, А I m 1,8

Компьютерная имитационная модель тягового трансформатора

Компьютерная модель тягового трансформатора на основе функционального блока библиотеки Simulink - Multi-Winding Transformer, показанного на рис. 2, характеризуется следующими параметрами:

- номинальная мощность сетевой обмотки, S = nS2H -103, ВА;

- частота напряжения тяговой сети, f , Гц;

- номинальное напряжение сетевой обмотки, U , В;

- номинальное напряжение тяговых обмоток U21н,и22 н v,U26 н , В;

- активное сопротивление сетевой обмотки, r1, Ом;

- активное сопротивление вторичных обмоток r2l, r22, ..., r26, Ом;

- индуктивность рассеяния первичной обмотки, Ь , Гн;

- индуктивность рассеяния вторичных об-

M0T0K, Ь22a, ..., Ь26a, Гн;

- индуктивность цепи намагничивания, Ь , Гн;

- активное сопротивление цепи намагничивания, Я , Ом.

т

Параметры компьютерной модели тягового трансформатора JQFP-10160/25, определенные на основе опытов холостого хода и короткого замыкания с использованием паспортных данных трансформатора, приведены в табл. 2 [7, 8].

Блок-схема компьютерной модели тягового трансформатора электровоза переменного тока,

хо-

Rl LI

Lftil

12 Ri

Многообм оточный трансформ атор

Рис. 2. Пиктограмма (а) и схемное исполнение модели многообмоточного трансформатора

электровоза (б) в библиотеке 81шиНпк

-<х>

Сопп1

Соппб

<Е>

<±>

Солпб Сопп7

<D

ConriS

<Е>

СоппЭ

<Е>

Тяговый трансформатор

Рис. 3. Блок-схема тягового трансформатора электровоза переменного тока «0'Z-ELR» в редакторе БтиНпк

полученная в редакторе БтиНпк, изображена на рис. 3. Адекватность этой модели оценивается на основании моделирования режимов холостого хода и короткого замыкания всех тяговых обмоток. На рис. 4 показаны диаграммы опыта холостого хода, на рис. 5 - моделирования короткого замыкания тягового трансформатора [8].

При моделировании опыта холостого хода на первичную обмотку подано номинальное напряжение, амплитудное значение которого равно

и1т = 25000- Л = 35250 В.

Амплитудное значение напряжения тяговой обмотки компьютерной модели трансформатора в режиме холостого хода

U2m - 2043 В.

Winding Transformer линейна, без насыщения, поэтому ток холостого хода, полученный в этой модели, имеет синусоидальную форму без искажений, характерных для тока холостого хода реального трансформатора [9, 10].

При моделировании опыта короткого замыкания на первичную обмотку подано расчетное напряжение, амплитудное значение которого равно

UlK3m = ^ UiH-V2 =

49 100

100

•25 000-V2 = 17272 В.

Амплитудное значение тока сетевой обмотки компьютерной модели трансформатора

Лкз.т = 472 А.

Относительная погрешность напряжения тяговой обмотки компьютерной модели трансформатора

U2H- V2 - и

2m

U2н • V2 1450 • -у/2 - 2043 1450-V2

100 =

100 - 0,1 %.

0,01 /1н- S

0,01-360->/2 -4,9 0,01-360->/2

•100 - 3,75 %.

Характеристика намагничивания типовой компьютерной модели трансформатора Multi-

Относительная погрешность тока сетевой обмотки компьютерной модели трансформатора

nI

•V2 -1,

1кз.т

nI

•V2

100 =

6 X 965

Амплитудное значение тока холостого хода сетевой обмотки компьютерной модели трансформатора

!\0т = 4,9 А.

Относительная погрешность тока холостого хода первичной обмотки компьютерной модели трансформатора

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

0,01-/1н-У2- 1ют -100 =

•л/2 -472 17 24

- --100 = 0,4 %.

•л/2

6 х 965 17,24

Амплитудное значение тока тяговой обмотки компьютерной модели трансформатора в режиме короткого замыкания

12кз.т - 1356 А.

Относительная погрешность тока тяговой обмотки компьютерной модели трансформатора

12н • V2 -1

2кз.т

h, • V2

965•^/2 -1356 965 •-Л

100 -

•100 - 0,35 %.

00 00

оо оп

оп оо оо X

го

О) ^

=1

—I

<

=1

п

о м о

и, в

1г = 4:9 А

\

1

I | 1

—■■— / \

[/г =8 35 25(

■■■ I Б

У"

1 1 1

1

г = 2043 в

и иш и^ЛМ иииь и ШД ЩП УДЛ* и -.1N и.'Лй ила -I

t, миля/с

Рис. 4. Моделирование опыта холостого хода тягового трансформатора: 111 - напряжение и / - ток первичной обмотки трансформатора

при холостом ходе, и - напряжение тяговой обмотки

О

СП

В

го

X

л ^

X

го

Г) А

ш

ш л

л

X

<Т>

Е

<Т> л

оо

о м о

о п го го о. з' ю

о

<т> <т>

¿л сг

о

< <т>

и, В 2 1

ел

13

-0.5

/ 1

= 17 272 В

_ -1- _

МО \ миля/с

Рис. 5. Моделирование короткого замыкания тягового трансформатора: 111 - напряжение, ^ и I - ток первичной и вторичной обмотки трансформатора

О

СП

В

го

X

л ^

л

<т> п

А

<т>

ш ш

ш л

X "О

<Т>

Е

<Т> л

Заключение

Полученные результаты моделирования опытов холостого хода и короткого замыкания тягового трансформатора подтверждают адекватность компьютерной модели реальному тяговому трансформатору. Рассчитанные параметры тягового трансформатора позволяют воспроизводить электромагнитные процессы, протекающие в тяговом приводе электровоза серии «O'Z-ELR» переменного тока в режимах тяги и рекуперативного торможения, близкие к реальным.

Библиографический список

1. Викулов И. П. Сравнительный анализ технических характеристик электровозов серий ««0'2-БЬ&>» и «О'гЬеЫвЬп» / И. П. Викулов, Т. М. Назирхонов // Изв. Петерб. ун-та путей сообщения. - СПб. : ПГУПС, 2019. - Т. 16. - Вып. 1. - С. 68-76.

2. Назирхонов Т. М. Имитационная модель 4q-s преобразователя электровоза переменного тока с асинхронным тяговым двигателем серии «0'2-БЬ&> / Т. М. Назирхонов // Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте. - Ташкент : Ташкент. ин-т инженеров ж.-д. транспорта, 2019. -С. 52-54.

3. Мощный электрический локомотив с приводом переменного тока типа СКЕ2: руководство машиниста по эксплуатации. - Ташкент : Ташкент. ин-т инженеров ж.-д. транспорта, 2014. - 120 с.

4. Якушев А. Я. Определение основных параметров асинхронного тягового электродвигателя / А. Я. Яку-

шев, Т. М. Назирхонов, И. П. Викулов, К. В. Марков // Изв. Петерб. ун-та путей сообщения. - СПб. : ПГУПС, 2019. - Т. 16. - Вып. 4. - С. 25-34.

5. Михеев Г. М. Методы определения индуктивности рассеяния обмоток силового трансформатора / Г. М. Михеев, В. М. Шевцов, Т. Г. Иванова // Вестн. Чуваш. ун-та. - 2009. - Вып. 2. - С. 45-52.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

6. Вопросы теории и расчета трансформаторов / под ред. С. Б. Васютинского. - Л. : Энергия, 1970. -432 с.

7. Трансформатор тяговый однофазный типа 0ДЦЭ-2000/25 Б-У1 : руководство по эксплуатации 1ВП.713.004РЭ. - Киев : ПАО «Укрэлектроаппарат», 2005. - 34 с.

8. Черных И. В. Моделирование электротехнических устройств в МАТЬАВ, 81тРошег8ув1еш8 и 8тиИпк / И. В. Черных. - М. : ДМК Пресс ; СПб. : Питер, 2008. - 288 с.

9. Плакс А. В. Новый пассажирский электровоз серии «О'г^» / А. В. Плакс, Д. О. Раджибаев, Х. М. Тур-сунов // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. - 2011. - № 1. - С. 237-240.

10. Бердиев У. Т. Эксплуатация и ремонт электровозов «0'7Ьек1в1оп» и «0'2^» / У. Т. Бердиев, И. С. Камалов, У. Ш. Исроилов, Д. О. Раджибаев. -Ташкент : МСГШ АБАБ РЬУШ, 2016. - 286 с.

Дата поступления: 26.03.2020 Решение о публикации: 13.05.2020

Контактная информация:

НАЗИРХОНОВ Тулаган Мансурхон угли - аспирант; tolagan@mail.ru

ЯКУШЕВ Алексей Яковлевич - канд. техн. наук, доцент; el_tyaga@mail.ru

Computer model of a traction transformer of O'Z-ELR series alternating current electric locomotive

T. M. Nazirkhonov, A. Ya. Yakushev

Emperor Alexander I Petersburg State Transport University, 9, Moskovsky pr., Saint Petersburg, 190031, Russian Federation

For citation: Nazirkhonov T. M., Yakushev A. Ya. Computer model of a traction transformer of O'Z-ELR series alternating current electric locomotive. Proceedings of Petersburg Transport University, 2020, vol. 17, iss. 3, pp. 416-427. (In Russian) DOI: 10.20295/1815-588X-2020-3-416-427

Summary

Objective: To present a method for determining the main parameters and - using the MATLAB Simulink environment - to develop a computer model of a traction transformer of an alternating current electric rolling stock JQFP-10160/25. A traction transformer is one of the critical elements of a traction drive, the parameters of which significantly influence the electromagnetic processes in a traction converter and traction motors in traction and regenerative braking modes. This article discusses modern O'Z-ELR series AC electric locomotives. The adequacy of the computer simulation model of the electric locomotive traction transformer is confirmed by reproducible idle and short-circuit modes. Methods: The main parameters of the traction transformer windings for modeling are based on the manufacturer's certificate data, idle and short circuit tests. The mathematical model reliability was verified by comparing the values of currents and voltages obtained during the simulation with the calculated values based of the idle and short-circuit tests of the traction transformer. Results: The simulation carried out shows that the computer simulation model parameters correspond to the characteristics of the O'Z-ELR series electric locomotive traction transformer. Practical importance: The developed mathematical model of traction converters is part of an integrated simulation model of traction converters and an asynchronous traction drive of an electric locomotive. The computer model will make it possible to reproduce almost real-life electromagnetic processes occurring in a traction drive of an AC electric locomotive during traction and regenerative braking.

Keywords: Traction transformer, traction electric motor, idle run, short circuit, simulation, electric locomotive, alternating current.

References

1. Vikulov I. P. & Nazirkhonov T. M. Sravnitel'nyy analiz tekhnicheskikh kharakteristik elektrovozov seriy "O'Z-ELR" i "O'zbekiston" [A comparative analysis of the technical parameters ofthe O'Z-ELR and O'zbekiston series electric locomotives]. Proceedings of Petersburg Transport University. Saint Petersburg, PGUPS [Petersburg State Transport University] Publ., 2019, vol. 16, iss. 1, pp. 68-76. (In Russian)

2. Nazirkhonov T. M. Imitatsionnaya model' 4^-s preobrazovatelya elektrovoza peremennogo toka s asinkhronnym tyagovym dvigatelem serii "O'Z-ELR" [Simulation model of 4^-s AC electric locomotive con-

verter with O'Z-ELR asynchronous traction motor]. Resursosberegayushchiye tekhnologii na zheleznodo-rozhnom transporte [Resource-saving technologies in railway transport]. Tashkent, Tashkent Institute of Railway Engineers Publ., 2019, pp. 52-54. (In Russian)

3. Moshchnyy elektricheskiy lokomotiv s privodom peremennogo toka tipa CKE2. Rukovodstvo mashinista po ekspluatatsii [Powerful electric locomotive with AC drive type CKE2. Operator's manual]. Tashkent, Tashkent Institute of Railway Engineers Publ., 2014, 120 p. (In Russian)

4. Yakushev A. Ya., Nazirkhonov T. M., Vikulov I. P. & Markov K. V. Opredeleniye osnovnykh parametrov asinkhronnogo tyagovogo elektrodvigatelya [Determi-

nation of the main parameters of an asynchronous traction electric motor]. Proceedings of Petersburg Transport University. Saint Petersburg, PGUPS [Petersburg State Transport University] Publ., 2019, vol. 16, iss. 4, pp. 25-34. (In Russian)

5. Mikheyev G. M., Shevtsov V. M. & Ivanova T. G. Metody opredeleniya induktivnosti rasseyaniya obmo-tok silovogo transformatora [Methods for determining the leakage inductance of power transformer windings]. Vestnik Chuvachkogo universiteta [Chuvash University Bulletin], 2009, iss. 2, pp. 45-52. (In Russian)

6. Voprosy teorii i rascheta transformatorov [Problems of theory and design of transformers]. Edited by S. B. Vasyutinskiy. Leningrad, Energiya Publ., 1970, 432 p. (In Russian)

7. Transformator tyagovyy odnofaznyy tipa Ofl,^-2000/25E-Y1. Rukovodstvo po ekspluatatsii 1Bn.713. 004РЭ [Single-phase traction transformer ODTsE-2000/ 25B-U1. Operating manual 1VP.713.004 RE]. Kiev, PJSC Ukrelektroapprat Publ., 2005, 34 p. (In Russian)

8. Chernykh I. V. Modelirovaniye elektrotekhniches-kikh ustroystv v MATLAB, SimPowerSystems i Simulink

[Simulation of electromechanical devices in MATLAB, SimPowerSystems and Simulink]. Moscow, DMK Press, St. Petersburg, Piter Publ., 2008, 288 p. (In Russian)

9. Plaks A. V., Radzhibayev D. O. & Tursunov Kh. M. Novyy passazhirskiy elektrovoz serii O'Z-Y [New passenger electric locomotive of the O'Z-Y series]. Nauchnyye problemy transporta Sibiri i Dal'nego Vostoka [Scientific Problems of Transport of Siberia and the Far East], 2011, no. 1, pp. 237-240. (In Russian)

10. Berdiyev U. T., Kamalov I. S., Isroilov U. Sh. & Radzhibayev D. O. Ekspluatatsiya i remont elektrovo-zov "O'zbekiston" i "O'Z-Y" [Operation and repair of O'zbekiston and O'Z-Y electric locomotives]. Tashkent, MCHJ ADAD PLYUS Publ., 2016, 286 p. (In Russian)

Received: March 26, 2020 Accepted: May 13, 2020

Author's information:

Tulagan M. ugli NAZIRKHONOV - Postgraduate Student; tolagan@mail.ru

Aleksey Ya. YAKUSHEV - PhD in Engineering, Associate Professor; el_tyaga@mail.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.