CC BY
22
УДК 629.423.1
Т. В. Волчек, О. В. Мельниченко, А. О. Линьков
Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС), г. Иркутск, Российская Федерация
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЙ СИСТЕМЫ ОСЛАБЛЕНИЯ ПОЛЯ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ
ЭЛЕКТРОВОЗОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Аннотация. В данной статье описана штатная система ослабления поля (ОП) тяговых электродвигателей (ТЭД) контакторно-реостатного типа с использованием индуктивных шунтов (ИШ), выявлены ее недостатки. Разработана и предложена усовершенствованная система ОП ТЭД электровоза переменного тока на базе IGBT-транзисторов. Предложенное решение позволит исключить из силовой цепи медесодер-жащий ИШ, при этом обеспечит надежную защиту при нестационарных режимах работы электровоза, а также снизит потребление электроэнергии на тягу поездов. Для доказательства преимуществ предложенной системы ОП ТЭД был применен метод сравнительного анализа электромагнитных процессов математических моделей штатной и предлагаемой систем ОП ТЭД электровоза, полученных в среде MatLab Simulink. В результате доказано, что реализация системы ОП ТЭД с применением IGBT-транзисторов с разработанным алгоритмом управления обеспечивает повышение коэффициента мощности электровоза в среднем не менее чем на 4 %, а также значительно снижает пульсацию тока возбуждения ТЭД.
Ключевые слова: электровоз переменного тока, система ослабления поля тяговых электродвигателей, индуктивный шунт, IGBT-транзистор, электроэнергия, коэффициент мощности, энергосберегающий способ управления.
Tatyana V. Volchek, Oleg V. Melnichenko, Aleksey O. Linkov
Irkutsk State Transport University (ISTU), Irkutsk, the Russian Federation
MATHEMATICAL MODELING OF ENERGY EFFICIENT FIELD REDUCTION SYSTEMS OF TRACTION MOTOR FOR AC ELECTRIC LOCOMOTIVES
Abstract. This article describes the standard field reduction system of traction electric motors of a contactor-resistors type using inductive shunts, its drawbacks are revealed. An improved field reduction system of traction electric motors of an AC locomotive based on IGBT transistors has been developed and proposed. The proposed solution will allow to exclude the copper-containing inductive shunt from the power circuit, while providing reliable protection in non-stationary operating modes of the electric locomotive, as well as reduce electricity consumption for train traction. To prove the advantages of the proposed the field reduction system of traction electric motors, a method of comparative analysis of electromagnetic processes of the mathematical model of the standard and proposed systems of the field reduction of traction electric motors of an electric locomotive obtained in the MatLab Simulink environment was applied. As a result, it is proved that the implementation of the field reduction systems of traction electric motors using IGBT transistors with the developed control algorithm provides an increase in the power factor of an electric locomotive on average by at least 4% and also significantly reduces the ripple current of the traction electric motor.
Keywords: AC electric locomotive, traction motor field reduction system, inductive shunt, IGBT-transistor, electricity, power factor, energy-efficient control method.
Железнодорожный транспорт - один из крупнейших потребителей электроэнергии в России. В общем энергопотреблении железных дорог большую часть составляет расход электроэнергии на тягу поездов. Одной из приоритетных задач Указа Президента Российской Федерации «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года» и Белой книги ОАО «РЖД» «Стратегия научно-технического развития холдинга «РЖД» на период до 2025 года и на перспективу до 2030 года» является реализация технологий, которые позволят повысить энергетическую эффективность деятельности «РЖД» [1, 2]. В настоящее время на отечественном электроподвижном составе (ЭПС) для регулирования скорости применяют систему регулирования ОП ТЭД за счет шунтирования обмотки возбуждения (ОВ) резистором с ИШ (далее - штатная система ОП ТЭД) [3]. Устройство штатной системы ОП ТЭД контакторно-
реостатного типа с применением ИШ на отечественных электровозах применяется с 1932 г. и до настоящего времени не изменялось. Был проведен анализ предлагаемых ранее способов и устройств по усовершенствованию системы ОП ТЭД электровозов. Данные системы имеют ряд недостатков, поэтому не нашли применения на производстве [7]. Необходимо усовершенствование системы ОП ТЭД, которое позволит исключить ее недостатки и снизить расход потребляемой электроэнергии.
На рисунке 1 приведена упрощенная принципиальная электрическая схема электровоза переменного тока в режиме тяги со штатной системой ОП ТЭД на примере одной тележки. ОП ТЭД состоит из резисторов ОП с промежуточным выводом, резистора постоянной шунтировки (Ко), контакторов (К1 - К3), образующих три ступени ОП, и ИШ, предназначенного для облегчения условий коммутации ТЭД при колебаниях напряжения в контактной сети и др. [4]. К0 предназначен для уменьшения переменной составляющей тока в ОВ и пульсаций магнитного потока ТЭД с целью улучшения условий коммутации [4]. Для получения нескольких ступеней ОП ТЭД электровоза необходимо изменить сопротивление К1 с помощью К1 - КЗ [5].
ЛЛЛАЛЛЛАЛЛАЛ/-
Цу83
N 1 !
-V7-. 1ч1 1
Рисунок 1 - Упрощенная принципиальная электрическая схема электровоза переменного тока в режиме тяги со штатной системой ОП ТЭД на примере одной тележки
В таблице 1 представлен алгоритм управления штатной системой ОП ТЭД согласно рисунку 1.
Таблица 1 - Алгоритм управления штатной системой ОП ТЭД
Режим работы электровоза Ступень регулирования Алгоритм включения контакторов
К1, К4 К2, К6 КЗ, К5
ОП1 Вкл. Выкл. Выкл.
Тяга ОП2 Вкл. Выкл. Вкл.
ОПЗ Вкл. Вкл. Выкл.
Электромагнитные процессы в ТЭД при работе штатной системы ОП согласно рисунку 1 описываются следующей системой дифференциальных уравнений:
№ 3( 201
V
с
где Су - конструктивная постоянная колесно-моторного блока (КМБ), зависящая от параметров ТЭД и тягового редуктора;
Ф - магнитный поток главных полюсов, зависящий от тока возбуждения, Вб; V - линейная скорость движения поезда, км/ч;
ФУ „
Ф = - отношение установившегося значения магнитного потока основной волны и
суммарного;
а - коэффициент рассеивания суммарного магнитного потока; ^ов - число витков ОВ; р - число пар главных полюсов;
1ов, 1я, 1ш1, 1ш2 - токи ОВ, обмотки якоря ТЭД, шунтирующей цепи соответственно; гс, гов, гя, гш1, гш2 - сопротивления сглаживающего реактора, ОВ, обмотки якоря ТЭД и шунтирующей цепи соответственно;
Lя, Lс, Lш - индуктивность якоря ТЭД, сглаживающего реактора и шунтирующей цепи; ив - выпрямленное пульсирующее напряжение;
Магнитный поток с учетом вихревых токов в сплошном стальном сердечнике раскладывается на ряд пространственных гармоник, амплитуды которых изменяются в функции времени по экспоненциальному закону, поэтому Ф1 - магнитный поток основной гармоники; Ф2 - суммарный магнитный поток всех высших гармоник, т'вх, т"вх - их постоянные времени [3].
Недостатки штатной системы ОП ТЭД электровоза:
переключение с одной ступени ОП ТЭД на другую происходит ступенчато и всегда сопровождается бросками тока электровоза;
из-за значительной стоимости ИШ силовые цепи электровоза часто остаются разобору-дованными, соответственно электровоз лишается возможности регулирования в широком диапазоне скоростных характеристик;
наличие электропневматических контакторов типа ПК-356.
В связи с развитием современной элементной базы появилась возможность усовершенствовать существующую систему ОП ТЭД электровоза. Авторами предлагается замена ИШ полностью управляемым силовым полупроводниковым прибором - ЮВТ-транзистором [6].
Разработана система ОП ТЭД на основе ЮВТ-транзисторов с энергосберегающим способом управления [7, 8]. На рисунке 2 представлена упрощенная принципиальная электрическая схема электровоза переменного тока в режиме тяги с предлагаемой системой ОП ТЭД на примере одной тележки. Система ОП ТЭД включает в себя последовательно включенные диод (VD2) и ЮВТ-транзистор ^Т2), параллельно которым включен ЮВТ-транзистор ^Т1). Управление VT1-VT2 осуществляется блоком управления ОП. Диод (VD1), подключенный параллельно якорной обмотке ТЭД (Д1), предназначен для защиты ЮВТ-транзисторов от выбросов напряжения при коммутации индуктивной нагрузки. Датчик тока ^Т1), размещенный в цепи якорной обмотки, служит для измерения тока, протекающего в цепи. В обмотку собственных нужд силового трансформатора для
синхронизации блока управления ОП с контактной сетью включен датчик напряжения. При возникновении нестационарного режима УТ1-УТ2 выключаются, включается контактор (К1) и ТЭД переходит в режим полного поля (ПП).
ВИП
У81
-Гч1-•-
:: N "
^ У87 !-чз-J 1ч1 " У88 1—чз-—
У82
1 Блок управления I ! ОП |
Блок управления ОП
Рисунок 2 - Упрощенная принципиальная электрическая схема электровоза переменного тока в режиме тяги с предлагаемой системой ОП ТЭД на примере одной тележки
Электромагнитные процессы ТЭД при работе предлагаемой системы ОП согласно рисунку 2 описываются следующей системой дифференциальных уравнений:
Ч = СУФ • V + /я • (Гя + гс) + + +
/он • гов - + =
Iя ^ов +
Ф = Ф±(г) + Ф2(0 = Фу (1 - тВх - (1 - ф)е т'вх \
(2)
где Лит - падение напряжения на транзисторе, В;
гт - динамическое сопротивление транзистора, Ом.
Для исследования электромагнитных процессов штатной системы ОП ТЭД и отработки технического решения по ее усовершенствованию разработана математическая модель электровоза переменного тока в режиме ОП. В современном мире благодаря математическому моделированию удается ускорить процесс разработки сложных физических моделей. Такой способ позволяет получить результаты для аналитического обоснования идеи, при этом удается сэкономить время и материальные затраты на теоретический или экспериментальный подходы. Одной из ведущих программ математического моделирования сложных электромагнитных процессов является Ма^аЬ. Для моделирования электрических принципиальных схем используется пакет Simulink, интегрированный в Ма1ЬаЬ, который содержит библиотеку необходимых блоков [9].
Функциональная схема двухсекционного электровоза переменного тока 2ЭС5К, работающего в тяговом режиме, представлена на рисунке 3 [10, 11]. Схема включает в себя два ТТ (тяговые трансформаторы секций 1 и 2), подключенных к контактной сети (КС) переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 25 кВ выводом КС, четыре выпрямительно-инверторных преобразователя (ВИПы 1 - 4), каждый из которых питает по два ТЭД, работающих в режиме ОП (тележки 1 и 2). Тележка и ВИПы соединены между собой через сглаживающий реактор (СР), который в данной структурной схеме включен в блок тележки [12].
СКО
Рисунок 3 - Функциональная схема двухсекционного электровоза 2ЭС5К
С помощью блоков библиотеки Simulink пакета MatLab создана имитационная модель двухсекционного электровоза 2ЭС5К, в которую включены дифференциальные уравнения (1) и (2), описывающие процесс работы ТЭД в режиме ОП.
На рисунке 4 изображена блок-схема тележки электровоза со штатной системой ОП ТЭД, разработанная в среде MatLab Simulink. В качестве ТЭД применяется модель машины постоянного тока DC Machine, имеющаяся в библиотеке SimPowerSystems. Данная модель в работе [13] сравнивалась с разработанной моделью ТЭД, реализованной профессором ДВГУПСа Ю. М. Кулиничем в пакете OrCAD, которая учитывала нелинейность магнитной характери-
стики, динамическую индуктивность и вихревые токи. Обе модели отражают переходные процессы, протекающие в двигателе, погрешность которых вполне приемлема для модели. Поэтому принято использовать модель машины постоянного тока из библиотеки SimPowerSystems пакета БтиПпк. Параллельно ОВ ТЭД устанавливаются резистор постоянной шунтировки (Кпш) и резистор ОП (К1) с ИШ (ИШ1). Для получения трех ступеней ОП ТЭД необходимо изменять сопротивление резистора (К1).
Рисунок 4 - Блок-схема тележки электровоза переменного тока со штатной системой ОП ТЭД в среде МаЛаЬ 8тиНпк
На рисунке 5 изображена блок-схема тележки электровоза с предлагаемой системой ОП ТЭД в среде Ма1ЬаЬ БтшНпк.
СР1 I— ЛТР-ММ
КВИП <
<3>—
сн
Рисунок 5 - Блок-схема тележки электровоза переменного тока с предлагаемой системой ОП ТЭД в среде Ма1ЬаЬ 8тиНпк
Параллельно ОВ ТЭД подключаются диод (Diode 3) и IGBT-транзистор (IGBT 1). Для защиты транзистора к положительной шине питания ТЭД подключается диод (Diode 1). Регулируя величину открытия IGBT 1 с помощью импульсного генератора (Pulse Generator), получаем ОП до 70 %. Для ОП ТЭД от 70 до 43 % параллельно IGBT 1 подключаются последовательно включенные резистор (R5) и IGBT-транзистор (IGBT 3), на который подаются управляющие сигналы в тот момент, когда IGBT 1 выключен.
На разработанной математической модели проведено имитационное моделирование работы электровоза в режиме тяги на четвертой зоне регулирования со штатной и предлагаемой системами ОП ТЭД. Получены диаграммы напряжений, токов сети и ТЭД, а также значения коэффициента мощности.
На рисунках 6 и 7 представлены электромагнитные процессы для первой ступени штатной системы ОП ТЭД электровоза 2ЭС5К, полученные в его имитационной модели в среде MatLab Simulink.
Время, мс
Рисунок 6 - Диаграмма напряжения ис и тока на первичной обмотке тягового трансформатора для штатной системы ОП ТЭД при работе на первой ступени
Время, мс
Рисунок 7 - Диаграмма выпрямленного напряжения и^ ТЭД и токов якоря ¡я, шунтирующей цепи Iш и возбуждения Iв для штатной системы ОП ТЭД при работе на первой ступени
Регулируя сопротивление R1 согласно рисунку 4 получаем вторую и третью ступени ОП ТЭД, которые имеют аналогичные электромагнитные процессы первой ступени ОП.
На рисунках 8 и 9 представлены электромагнитные процессы для первой ступени предлагаемой системы ОП ТЭД электровоза 2ЭС5К, полученные в его имитационной модели
в среде Ма^аЬ 8тиНпк. Первая ступень ОП ТЭД обеспечивается при включении ЮВТ 1 (рисунок 5), на который система управления формирует импульсы управления по критерию максимального коэффициента мощности электровоза.
240
О
§ 160
5 < н
| '¡5 80
о %
% Й Ю й
о § 0 « &
¡-80
а
н
-160
к
ра &
С И о
н
-180
0 10
Время, мс
Рисунок 8 - Диаграмма напряжения ис и тока на первичной обмотке тягового трансформатора для предлагаемой системы ОП ТЭД при работе на первой ступени
80
т 70
£
I 60 а
а
50-
К
3
13 &
40--
30-
20-
10 -
01
2100
10
Время, мс
Рисунок 9 - Диаграмма выпрямленного напряжения и^ ТЭД и токов якоря ¡я, шунтирующей цепи Iш и возбуждения Iв для предлагаемой системы ОП ТЭД при работе на первой ступени
Вторая и третья ступени ОП ТЭД осуществляются при дополнительном включении ЮВТ 3 (см. рисунок 5). За счет регулирования ширины импульса, подаваемого на ЮВТ 1 и 3, обеспечивается плавное регулирование тока возбуждения, при этом его пульсация практически равна нулю. На рисунках 10 и 11 представлены электромагнитные процессы для второй ступени ОП ТЭД, третья ступень ОП аналогична второй ступени.
240
О
(-4
о «
о
« <
н
К • -Г 8
Б я
о ^
§ о
§ н
Ю й
о ^
.Я
Щ ^
¡тс
я В
« &
160
(и С И о
н
-160
-180
2 ю о 3 30
ж а
о к л л
й о н 15
« св
л Я
«и С Л о 0
(и ^
§ о К
(и л
* « 15
& о
С и
се о
К «
<и о 30
о к
« (и н
и
0 10
Время, мс
Рисунок 10 - Диаграмма напряжения ис и тока на первичной обмотке тягового трансформатора для предлагаемой системы ОП ТЭД при работе на второй ступени
2100
Время, мс
Рисунок 11 - Диаграмма выпрямленного напряжения и^ ТЭД и токов якоря ¡я, шунтирующей цепи Iш и возбуждения Iв для предлагаемой системы ОП ТЭД при работе на второй ступени
0
Для определения коэффициента мощности электровоза производится имитационное моделирование блока его работы в среде Ма^аЬ Simulink, а расчет выполняется по цепи первичной обмотки трансформатора согласно формуле:
K £k-i Ик1к^фк U0 I0 + Ui IlCosф1+... +UkIkcosфk
м" МЖМЛ = VU + uí+. .. +ик viá + IÍ+...+I¿'
где U0, I0 - постоянные составляющие напряжения и тока сети;
U1, I1 - действующие значения напряжения и тока 1-й гармоники; Uk, Ik - действующие значения напряжения и тока k-й гармоники; фк - угол сдвига фазы между напряжением и током k-й гармоники.
С помощью данного блока удается получить коэффициент мощности электровоза в любом режиме его работы.
На рисунке 12 приведены диаграммы токов и напряжения сети при штатной и предлагаемой системах ОП ТЭД. Благодаря энергосберегающему алгоритму управления IGBT-транзисторами удается уменьшить потребляемый ток сети в его реактивной токовой части по отношению к напряжению. За счет этого по показаниям блока, разработанного в среде MatLab Simulink, коэффициент мощности электровоза повышается в среднем не менее чем на 4 %.
240
160
О и о м о
S < н
S • ~ 80 е Й
п Л
^ о
Е
^ а о о s
<5 о
Щ
Е й -80
ра
й & ^
с -160
И
о
н
-180
§ 45
н о
¡S И
0 ^ 30
о
« а
1 &
Кн15
ра (Я ^ g
а &
^о 0
D & 0 § g
<D Й
IT ч
<D О
ра
¡3
<D
U
0 10
Время, мс
Рисунок 12 - Диаграмма напряжения ис и токов ¡1 на первичной обмотке тягового трансформатора при предлагаемой и штатной системах ОП ТЭД на первой ступени
На основании изложенного можно сделать выводы.
1. Рассмотрена штатная система ОП ТЭД, выявлены ее недостатки, на их основании предложена усовершенствованная система ОП ТЭД на базе ЮВТ-транзисторов.
2. Разработан алгоритм управления предлагаемой системой ОП ТЭД, который позволит снизить потребление реактивной мощности, тем самым уменьшить количество потребляемой электроэнергии из сети, обеспечить плавное регулирование тока возбуждения.
3. Разработаны имитационные модели электровоза 2ЭС5К, работающего в режиме тяги с реализацией системы ОП ТЭД контакторно-реостатного типа при использовании ИШ и предложенной энергоэффективной системы ОП ТЭД на базе ЮВТ-транзисторов, получены диаграммы электромагнитных процессов при работе данных схем.
4. Произведен анализ электромагнитных процессов. Предлагаемая система ОП ТЭД позволяет увеличить коэффициент мощности электровоза в среднем не менее чем на 4 %, значительно снизить пульсацию тока возбуждения ТЭД.
№ 3( 201
ИЗВЕСТИЯ Транссиба 1
5. Усовершенствованная система ОП ТЭД позволяет исключить 16 контакторов, восемь ИШ и восемь резисторов ОП с промежуточными выводами на электровозе 2ЭС5К.
Список литературы
1. Указ Президента РФ от 07.05.2018 № 204 «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года» [Электронный ресурс]. -Режим доступа:
http:// publication.pravo.gov.ru/Document/View/0001201805070038?index=0&rangeSize=1 (Дата обращения 25.03.2019).
2. Белая книга ОАО «РЖД» № 769/р от 17.04.2018 «Стратегия научно-технического развития холдинга «РЖД» на период до 2025 года и на перспективу до 2030 года» [Электронный ресурс]. - Режим доступа:
https://www. irgups. ru/ sites/default/files/ irgups/ science/document/strategiya_nauchno -tehnologicheskogo_razvitiya_holdinga_rzhd_na_period_do_2025_goda_i_na_perspektivu_do_2030 _goda_belaya_kniga_2018.pdf (Дата обращения 25.03.2019).
3. Плакс, А. В. Система управления электрическим подвижным составом: Учебник [Текст] / А. В. Плакс. - М.: Маршрут, 2005. - 360 с.
4. Тихменев, Б. Н. Подвижной состав электрофицированных железных дорог. Теория работы электрооборудования. Электрические схемы и аппараты: Учебник [Текст] / Б. Н. Тихменев, Л. М. Трахтман. - М.: Транспорт, 1980. - 470 с.
5. Тихменев, Б. Н. Электровозы переменного тока с тиристорными преобразователями [Текст] / Б. Н. Тихменев, В. А. Кучумов. - М.: Транспорт, 1988. - 312 с.
6. Засорин, С. Н. Электронная и преобразовательная техника: Учебник [Текст] / С. Н. Засорин, В. А. Мицкевич, К. Г. Кучма. М.: Транспорт, 1981. - 319 с.
7. Анализ способов и технических средств ослабления поля тяговых электродвигателей электровозов переменного тока [Текст] / Т. В. Волчек, О. В. Мельниченко, и др. // Транспортная инфраструктура Сибирского региона: Материалы междунар. науч.-практ. конф. / Иркутский гос. ун-т путей сообщения. - Иркутск. - 2018. - С. 411 - 415.
8. Снижение затрат электрической энергии на тягу поездов при использовании системы ослабления поля тяговых электрических двигателей электровозов переменного тока [Текст] / Т. В. Волчек, О. В. Мельниченко и др. // Материалы 3-й междунар. науч.-практ. конф. «Resonances science». - Чехия, Карловы Вары. - Россия, Москва, 2018. - С. 81 - 87.
9. Черных, И. В. Моделирование электромеханических устройств в Ма^аЬ, SimPowerSystems и Simulink [Текст] / И. В. Черных. - М: ДМК Пресс; СПб: Питер, 2008. -288 с.
10. Электровоз 2ЭС5К: Руководство по эксплуатации [Текст]/ Новочеркасский электровозостроительный завод. - Новочеркасск, 2006. - Т. 1. - 249 с.
11. Савоськин, А. Н. Математическое моделирование электромагнитных процессов в динамической системе «контактная сеть - электровоз» [Текст] / А. Н. Савоськин, Ю. М. Кули-нич, А. С. Алексеев // Электричество. - 2002. - № 2. - С. 29 - 35.
12. Яговкин, Д. А. Разработка математической модели выпрямительно-инверторного преобразователя на IGBT-транзисторах для электровоза переменного тока и его блока управления в режиме тяги [Текст] / Д. А. Яговкин // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование / Иркутский гос. ун-т путей сообщения. - Иркутск. - 2015. - № 3 (47). -С. 197 - 202.
13. Алексеев, А. С. Система автоматического регулирования тока коллекторных тяговых двигателей электровоза [Текст]: Дис... канд. техн. наук: 05.09.03 / Алексеев Алексей Сергеевич. - М., 2009. - 271 с.
References
1. Decree of the President of the Russian Federation of May 7, 2018, No. 204 «O natsion-al'nykh tselyakh i strategicheskikh zadachakh razvitiya Rossijskoj Federatsii na period do 2024 go-
da» ("On the national goals and strategic objectives of the development of the Russian Federation for the period up to 2024"). Access point:
http://publication.pravo.gov.ru/Document/View/0001201805070038?index=0&rangeSize=1 (Revised: 25.03.2019).
2. White Paper of JSCo Russian Railways no. 769 / p dated 04.17.2018 «Strategiya nauchno-tekhnicheskogo razvitiya kholdinga «RZHD» na period do 2025 goda i na perspektivu do 2030 goda». ("Strategy of the Scientific and Technical Development of the Russian Railways Holding for the Period up to 2025 and the Prospect until 2030"). Access point:
https://www. irgups. ru/ sites/default/files/ irgups/ science/document/ (Revised: 25.03.2019).
3. Plaks A. V. Sistema upravleniya ehlektricheskim podvizhnym sostavom (Electric rolling stock control system. A textbook for universities/ Moscow: Route, 2005, 360 p.
4. Tikhmenev B. N., Trakhtman L. M. Podvizhnoj sostav ehlektricheskih zheleznyh dorog. Te-oriya raboty ehlektrooborudovaniya, ehlektricheskie skhemy i apparaty (Rolling stock of electrified railways. Theory of electrical equipment. Electric circuits and devices). Moscow: Transport, 1980, 470 p.
5. Tikhmenev, B. N. EHlektrovozy peremennogo toka s tiristornymi preobrazovatelyami (AC electric locomotives with thyristor converters). Moscow: Transport, 1988, 312 р.
6. Zasorin S. N., Mitskevich V. A., Kuchma K. G. EHlektronnaya i preobrazovatel'naya tekhnika (Electronic and converting technology/ Moscow: Transport, 1981, 319 p.
7. Volchek T. V., Melnichenko O. V., Linkov A. O., Vlasyevsky S. V. Analysis of methods and technical means of weakening the field of traction electric motors of alternating current electric locomotives [Analiz sposobov i tekhnicheskikh sredstv oslableniya polya tyagovykh ehlektrodvigate-lej ehlektrovozov peremennogo toka]. Transport Infrastructure of the Siberian Region: materials of the 9th Intern. Scientific practical conf. Irkutsk, 2018, рр. 411 - 415.
8. Volchek T. V., Melnichenko O. V., Shramko S. G., Linkov A. O. Reducing the cost of electrical energy to train traction when using the system of weakening the field of traction electric motors of alternating current electric locomotives [Snizhenie zatrat ehlektricheskoj ehnergii na tyagu poezdov pri ispol'zovanii sistemy oslableniya polya tyagovykh ehlektricheskikh dvigatelej ehlektrovozov peremennogo toka]. Proceedings of the Third International Scientific and Practical Conference "Resonances science". Czech Republic, Karlovy Vary, Russia, Moscow, 2018, рр. 81 - 87.
9. Chernykh I. V. Modelirovanie ehlektromekhanicheskikh ustrojstv v Matlab, SimPowerSys-tems i Simulink (Modeling of electromechanical devices in MATLAB, SimPowerSystems and Simulink). Moscow: DMK Press; SPb.: Peterburg, 2008, 288 р.
10. Electric locomotive 2ES5K. Rukovodstvo po ehkspluatacii (User manual. The mainline electric locomotive 2ES5K), Novocherkassk, 2006, volume 1, 249 p.
11. Savoskin, A. N. Mathematical modeling of electromagnetic processes in a dynamic system contact network - an electric locomotive [Matematicheskoe modelirovanie ehlektromagnitnykh protsessov v dinamicheskoj sisteme kontaktnaya set' - ehlektrovoz]. Electricity, 2002, no.2, рр. 29-35.
12. Yagovkin D. A. Development of a mathematical model of a rectifier-inverter converter on IGBT transistors for an AC electric locomotive and its control unit in thrust mode [Razrabotka ma-tematicheskoj modeli vypryamitel'no-invertornogo preobrazovatelya na IGBT-tranzistorakh dlya ehlektrovoza peremennogo toka i ego bloka upravleniya v rezhime tyagi]. Modern technologies. System analysis. Modeling, IrGUPS, 2015, no. 3 (47), рр. 197 - 202.
13. Alekseev A. S. Sistema avtomaticheskogo regulirovaniya toka kollektornykh tyagovykh dvigatelej ehlektrovoza (The system of automatic current regulation of collector traction motors of an electric locomotive). Doctor's Thesis, Moscow, 2009, 271 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Волчек Татьяна Витальевна Volchek Tatyana Vitalevna
Иркутский государственный университет путей Irkutsk State Transport University,
сообщения (ИрГУПС).
Чернышевского ул. 15, г. Иркутск, 664074, Российская Федерация.
Аспирант кафедры «Электроподвижной состав», ИрГУПС.
Тел.: +7 (929) 321-51-13.
E-mail: [email protected]
Мельниченко Олег Валерьевич
Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС).
ул. Чернышевского, г. Иркутск, 664074, Российская Федерация.
Доктор технических наук, заведующий кафедрой «Электроподвижной состав», ИрГУПС.
Тел.: 8-902-170-24-37.
E-mail: [email protected]
Линьков Алексей Олегович
Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС).
ул. Чернышевского, г. Иркутск, 664074, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Электроподвижной состав», ИрГУПС.
Тел.: 8-924-709-52-99.
E-mail: [email protected]
15,Chernyshevsky St., Irkutsk, 664074, Russian Federation.
Postgraduate of the Department of Electric Rolling Stock,
Tel.: +7 (929) 321-51-13.
E-mail: [email protected]
Melnichenko Oleg Valerevich,
Irkutsk State Transport University,
15,Chernyshevsky St., Irkutsk, 664074, Russian Federation
Doctor of Technical Sciences, Head of the Department of Electric Rolling Stock,
Tel.: 8-902-170-24-37.
E-mail: [email protected]
Lenkov Alex. Olegovich
Irkutsk State Transport University,
15,Chernyshevsky St., Irkutsk, 664074, Russian Federation.
Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Electric Rolling Stock.
Tel.: 8-924-709-52-99.
E-mail: [email protected]
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Волчек, Т. В. Математическое моделирование энергоэффективной системы ослабления поля тяговых электрических двигателей электровозов переменного тока [Текст] / Т. В. Волчек, О. В. Мельниченко, А. О. Линьков // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2019. - № 3 (39). - С. 2 - 14.
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Volchek T. V., Melnichenko O. V., Linkov A. O. Mathematical modeling of energy efficient field reduction systems of traction motor for AC electric locomotives. Journal of Transsib Railway Studies, 2019, vol. 3, no. 39, pp. 2 - 14 (In Russian).
УДК 629.4
В. А. Нехаев, В. А. Николаев, А. Н. Смалев, В. Р. Ведрученко
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС), г. Омск, Российская Федерация
К ОЦЕНКЕ МОЩНОСТИ ЛОКОМОТИВА
Аннотация. В статье рассмотрены феноменологический и модельный подходы к исследованию взаимодействия деформируемого колеса и опорной плоскости. Описаны преимущества и недостатки указанных подходов. В рамках феноменологического подхода были рассмотрены пять способов вычисления касательной силы тяги локомотива. Для того чтобы касательная сила тяги локомотива могла совершить работу и изменить кинетическую энергию поезда в точке касания колеса и рельса, обязательно должно присутствовать псевдоскольжение.
Специалисты по тяге поездов считают мощность как произведение касательной силы тяги локомотива на скорость поступательного движения поезда, хотя в действительности следует брать скорость точки ее приложения, а приложена она к колесной паре, поэтому скорость этой точки и должна использоваться для подсчета мощности локомотива. Учет данного факта уменьшает мощность локомотива в несколько десятков раз.
Ключевые слова: локомотив, контактное пятно, фрикционное взаимодействие колесной пары и рельсов, сила тяги, коэффициенты крипа, феноменологический и модельный подходы, зоны сцепления и качения.
