CC BY
40
УДК.629.423.1
В. Н. Знаенок, А. О. Линьков, О. В. Мельниченко
Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС), г. Иркутск, Российская Федерация
ВЫПРЯМИТЕЛЬНО-ИНВЕРТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРОВОЗА НА БАЗЕ IGBT-ТРАНЗИСТОРОВ КАК СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ УЧАСТКОВ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ
Аннотация. Целью данной статьи является анализ снижения напряжения в контактной сети от некачественной работы электровоза переменного тока при пропуске тяжеловесных поездов. Тяжеловесное движение сегодня рассматривается как действующий и необходимый инструмент для повышения весовых норм и увеличения пропускной способности участков железной дороги. В статье приведена статистика пропуска тяжеловесных и соединенных поездов по Красноярской железной дороге за 2019 и 2020 годы. Для эффективного использования тяжеловесного движения необходимо решить ряд проблем, одна из которых заключается в снижении напряжения в контактной сети при пропуске тяжеловесных поездов, это негативно сказывается на скорости движения поезда по перегону, ухудшаются условия охлаждения силового оборудования электровоза и т.д. В результате анализа работы тиристорного выпрямительно-инверторного преобразователя выявлен ряд недостатков. Причина низкого коэффициента мощности электровоза заключается в использовании устаревшей элементной базы на основе тиристоров, их закрытие осуществляется только в следующем полупериоде напряжения, длительная коммутация и большой угол открытия тиристоров приводят к значительному реактивному току в контактной сети. На основе анализа потерь напряжения на токоприемнике сделан вывод о необходимости уменьшения длительности процесса коммутации плеч ВИПа, при котором происходит короткое замыкание вторичной обмотки тягового трансформатора. Предложен альтернативный вариант преобразователя на основе полностью управляемых полупроводниковых приборов - IGBT-транзисторов. Возможность открытия и закрытия в любой момент времени таких элементов позволяет максимально уменьшить угол сдвига фаз и повысить коэффициент мощности. За счет практически мгновенной коммутации транзисторов искажение в контактной сети минимизировано.
Ключевые слова: тяжеловесное движение, пропускная способность, выпрямительно-инверторный преобразователь (ВИП), коэффициент мощности, электровоз переменного тока, контактная сеть, алгоритм управления, коммутация.
Vyacheslav N. Znaenok, Aleksey O. Linkov, Oleg V. Melnichenko
Irkutsk State Transport University (IrSTU), Irkutsk, the Russian Federation
RECTIFIER-INVERTER CONVERTER OF AN ELECTRIC LOCOMOTIVE BASED ON IGBT TRANSISTORS AS A WAY TO INCREASE THE CAPACITY
OF RAILWAY SECTIONS
Abstract. The purpose of this article is to analyze the voltage drop in the contact network caused by poor-quality operation of an alternating current electric locomotive when passing heavy trains. Heavy-haul traffic is considered today as a valid and necessary tool for increasing weight norms and increasing the throughput of railway sections. The article provides statistics on the passage of heavy and connected trains on the Krasnoyarsk railway for 2019 and 2020. For the effective use of heavy traffic, it is necessary to solve a number ofproblems, one of which is to reduce the voltage in the overhead network when passing heavy trains, this negatively affects the speed of the train along the haul, the conditions for cooling the power equipment of the electric locomotive deteriorate, etc. As a result of the analysis of the operation of the thyristor rectifier-inverter converter, a number of disadvantages were revealed. The reason for the low power factor of the electric locomotive lies in the use of an outdated element base based on thyristors, their closure is carried out only in the next voltage half-cycle, long-term switching and a large opening angle of thyristors leads to a significant reactive current in the contact network. Based on the analysis the voltage losses at the current collector, it was concluded that it is necessary to reduce the duration of the switching process of the arms of the rectifier-inverter converter, in which a short circuit occurs in the secondary winding of the traction transformer. An alternative version of the converter based on fully controlled semiconductor devices - IGBT transistors is proposed. The ability to open and close at any time of such elements allows you to minimize the phase angle and increase the power factor. Due to the almost instantaneous switching of transistors, the distortion in the contact network is minimized.
Keywords: heavy movement, bandwidth, rectifier-inverter converter, Power factor, alternating current electric locomotive, contact network, control algorithm, switching.
Указом Президента РФ от 7 мая 2018 г. № 204 «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года» Правительству Российской Федерации поставлена задача обеспечить вхождение РФ в число пяти крупнейших экономик мира, реализовать темпы экономического роста выше мировых [1]. В рамках выполнения поручений предусмотрены увеличение провозной способности Байкало-Амурской и Транссибирской железнодорожных магистралей до 180 млн т к 2024 г. и мероприятия по увеличению пропускной способности для обеспечения роста транзитных перевозок контейнеров в четыре раза и сокращение времени перевозки контейнеров железнодорожным транспортом. Для решения поставленных задач холдинг ОАО «РЖД» разработал долгосрочную программу развития до 2025 г., в которой отмечено, что одним из инновационных направлений совершенствования холдинга является расширение технологии пропуска тяжеловесных поездов [2]. В стратегии научно-технологического развития холдинга «РЖД» (Белая книга) тяжеловесное движение определено как приоритетное направление. Восточный полигон является одним из основных направлений для организации тяжеловесного движения, где в перспективе Генеральной схемой развития сети железных дорог предусмотрена организация перевозок угля в поездах массой 7100 т [3].
Сегодня тяжеловесное движение - это эффективный способ повышения пропускной способности. Для организации такого направления ключевым звеном является мощный тяговый подвижной состав с высокими энергетическими показателями. Задача повышения коэффициента мощности электровозов остается актуальной до сих пор.
С каждым годом пропуск тяжеловесных и соединенных поездов увеличивается. Так, в 2020 г. по Красноярской железной дороге проследовало в четыре раза больше тяжеловесных грузовых поездов массой 7100 т, чем за аналогичный период в 2019 г. На 8 % увеличилось формирование соединенных тяжеловесных поездов массой 12 тыс. т. Для сравнения - средний вес грузового состава на Красноярской железной дороге составляет 4,1 тыс. т. На рисунке 1 представлены диаграммы количества тяжеловесных и соединенных поездов, пропущенных по Красноярской железной дороге за 2019 и 2020 гг. [4].
к о <и и
м Ч
3
^ и"
2 о
о со И й
13
<и р
к ч
о «
2500 2000 1500 1000 500 0
2200
550
1800
1750
1761
1700
ц ¡3 1650
Ь о
2019 2020
1600
1550
2019 2020
а б
Рисунок 1 - Пропуск тяжеловесных и соединенных поездов на Красноярской железной дороге за 2019 - 2020 гг.
Однако пропуск тяжеловесных поездов значительно усложняет технологию работы всего железнодорожного комплекса [5]. Для эффективного использования тяжеловесного движения необходимо выполнить ряд мероприятий: создание полигонов, позволяющих выделить участки обращения таких поездов; внедрение современных средств автоматики и телемеханики, которые обеспечивают безопасность движения; удлинение приемоотправочных путей для возможности осуществления обгона пассажирскими поездами на раздельных пунктах; обеспечение дороги новым более мощным тяговым подвижным составом, модернизация существующего парка локомотивов; усиление системы тягового электроснабжения.
12 1(45) 2021
Кардинальное решение проблемы пропускной способности невозможно без усиления системы тягового электроснабжения и повышения энергетической эффективности электроподвижного состава. При пропуске тяжеловесных и соединенных поездов можно наблюдать резкие просадки напряжения в контактной сети. Факт снижения напряжения в контактной сети ниже допустимого зафиксирован бортовой аппаратурой электровоза 3ЭС5К во время движения с составом в поездке за 10.08.2019 - 11.08.2019 (рисунок 2). В промежуток времени 0:29 - 0:32 напряжение в контактной сети снизилось до 18600 В - ниже минимально допустимого значения.
В МСУ Ак*ш>агар 1 ¿"11.165 — □ X
ФлЛп Н.1.1 ОБраГяэгь» Нроф-л.и. Спрапкл
1 г 5 ■
натайте пл., □ РМ_Кед1т2 г:- - □ ■■£ 51 П В й Г -И || * * VI * Й Напряжение в контактной сети Участок снижения напряжения в контактной сети ниже допустимого 19 кВ
□ Й V? + У4 □ « 12 __X ил--
■ * 13 1. и ■■* 1Ь г V -■ икз т * а(Га0_1Л-с11 \ Вроия 0№31;»,Эв9 чнп.ЮГОПЫС ицасз] 10400 в I |1[2| ТОО а | VIИ
-е □ 1 а1Га0г_у|р1 \ \ С КО рос ГЬ Д В11Ж« НЩ Э.ТККТрОВрЗЙ
* а1Г*г.м1р1 - шглг^|рг ■ потйегичф! и 1 пып2»1_мр2 г ЬвАа цлв! И ■ в1Га№ и То к тя го вог© двигателя
'< ЯМБ или ь^« С- П г и 1ЦП--.-ч с:?!!« »:3*99 мм! м**? (¡№н «ы №« м54»
Гагой аэСЗГ г ЬУ на Шщх I |Эщ1>и|1пЬ Гггг'гашув ЭЯЛЬ^г'Зи П.-ЗН.'ГГ ^[кгг! ^ШЗтЙШ-:
Рисунок 2 - Фрагмент расшифровки параметров движения электровоза 3ЭС5К №265 с поездом за период 10.08.2019 - 11.08.2019
Снижение напряжения в контактной сети является значимым ограничением в наращивании весовых норм и тяжеловесного движения в целом. Со снижением напряжения уменьшается скорость движения и увеличивается перегонное время хода поездов, вследствие чего снижается пропускная способность участка. Ухудшаются условия охлаждения тяговых двигателей и всего силового электрооборудования за счет уменьшения частоты вращения вентиляторов. Увеличение времени хода на подъеме в условиях менее эффективной вентиляции тяговых двигателей вызывает их перегрев и приводит к отказам [6].
Для поддержания скорости поезда при движении по перегону необходимо обеспечивать требуемое напряжение на тяговых двигателях, при низком напряжении в контактной сети следует увеличивать количество используемых обмоток тягового трансформатора, переходить на более высокие зоны регулирования. Все это вызовет повышение потребления электрической энергии на тягу поездов за счет увеличения тока в первичной обмотке тягового трансформатора и, соответственно, приведет к значительной загрузке контактного провода активным и реактивным токами.
Для решения проблемы тягового электроснабжения требуются усиление существующего питания, создание дополнительных генерирующих мощностей, новых линий электропередач, модернизация тяговых подстанций. Такое решение весьма затратно, требует больших капитальных вложений и является сложным и продолжительным проектом. Необходимо отметить, что одной из причин снижения напряжения в контактной сети является работа электровозов с низким коэффициентом мощности и длительными коммутационными переключениями плеч выпрямительно-инверторного преобразователя, вызывающая дополнительно коммутационные и послекоммутационные колебания напряжения. Приоритетным путем реше-
ния данной проблемы является совершенствование тягового электроподвижного состава. Проблема низкого коэффициента мощности заключается в использовании устаревшей элементной базы ВИПов на основе тиристоров и принятого алгоритма управления [7]. Схема
Рисунок 3 - Работа выпрямительно-инверторного преобразователя на тиристорах: а - принципиальная электрическая схема тележки электровоза с тиристорным ВИПом; б - диаграммы электромагнитных процессов электровоза при работе ВИПа
Рассмотрим алгоритм работы тиристорного (далее - типового) ВИПа на четвертой зоне регулирования в положительном полупериоде питающего напряжения (рисунок 3, б). Допустим, в интервале времени 10 - 2п(0) - 1 будут задействованы все три обмотки секции тягового трансформатора и прохождение тока по тяговым двигателям осуществляется через плечи ВИПа VS1 и VS8. После смены в точке 0 направления ЭДС на интервале 0 - 1 обеспечивается возникновение отрицательно выпрямленного напряжения. В точке 1 подается сигнал управления а0 на плечо VS7, оно открывается, образуя короткозамкнутый контур х1 -VS7 - VS1 - а1. На участке 1 - 2 происходит коммутация, ток в плече VS7 возрастает, а в VS1 падает до нуля, тиристор VS1 закрывается. В точке 2 подается сигнал управления а0з на плечо VS4, оно открывается и образует короткозамкнутый контур х1 - VS8 - VS4 - 1. На участке 2 - 3 протекает коммутация, ток в плече VS4 возрастает, а в VS8 падает до нуля, плечо VS8 закрывается. На участке 3 - 4 к тяговым двигателям прикладывается напряжение, обусловленное выводами 1 - х1 вторичной обмотки тягового трансформатора, прохождение тока по тяговым двигателям осуществляется через открытые тиристорные плечи VS4 и VS7. В точке 4 на плечо VS2 подается импульс управления ар, образуется короткозамкнутый контур 1 - VS4 - VS2 - а1. На участке 4 - 5 протекает коммутация, ток в плече VS2 возрастает, а в плече VS4 падает до нуля, плечо VS4 закрывается. В следующем полупериоде работа ВИПа аналогична.
Увеличение выпрямленного напряжения ВИПа на тиристорах осуществляется путем изменения фазы импульсов управления только с конца полупериода в сторону его начала. При регулировании выпрямленного напряжения затягивается процесс коммутации при смене обмоток трансформатора в полупериоде напряжения, когда тиристор с меньшим потенциалом закрывается, а ток начинает протекать по тиристору с большим потенциалом.
Закрытие тиристоров плеч ВИПа при смене полупериода сетевого напряжения осуществляется за счет снижения тока через них ниже тока удержания путем открытия следующих плеч ВИПа и приложения обратного напряжения. В результате возникает большой угол сдвига фаз ф между током il и напряжением и\ в первичной обмотке тягового трансформатора. Высокая величина минимального угла открытия тиристоров а0 (9 - 20 эл. град) приводит
к увеличению угла ф, как следствие, возрастает реактивная мощность Q, а коэффициент мощности снижается. Также на снижение коэффициента мощности влияет и длительный процесс поочередной коммутации тиристоров плеч ВИПа.
Периоды коммутации в работе ВИПа вызывают значительные искажения кривой напряжения контактной сети. Электровозы, работающие в режиме тяги, искажают в основном передний фронт в полупериоде напряжения, а в режиме рекуперативного торможения - задний фронт.
Искажение формы кривой напряжения в процессе коммутации преобразователей вызывает потерю среднеквадратичного значения напряжения в контактной сети. Значительное искажение переднего фронта и большой угол коммутации у относятся к особо неблагоприятным условиям питания электровозов. Наибольшее снижение напряжения в контактной сети будет проявляться в середине межподстанционной зоны, особенно при одностороннем питании в вынужденных режимах работы устройств электроснабжения.
Искажение напряжения в контактной сети значительно влияет на устойчивость работы системы управления преобразователями, в блоках питания которой приходится применять стабилизаторы напряжения [8].
Когда электровоз находится на межподстанционной зоне длиной I и расстояние до первой тяговой подстанции равно I;, а до второй 12, в кривой принужденного напряжения на токоприемнике во время коммутации преобразователя возникают разрывы Дин в момент начала и Дик конца коммутации (рисунок 4):
ев (Ьэкв+Ьэ)иа-Ьаит5та
лин =
(1)
лик =
ЛЬэ
(Ьэкв+^Цй+ЬйЦт^На+Г)
(2)
где Lэ и Ld - индуктивность тягового трансформатора и цепи выпрямленного тока соответственно;
и - напряжение, выпрямленное на тяговом двигателе электровоза; ит - напряжение амплитудное на зажимах тяговой подстанции;
Lэкв - эквивалентная индуктивность цепи между источником питания и токоприемником электровоза:
= (¿п1+уЬл)(Ьп2+уЬл)
экв (^п1+^п2+^л)
(3)
где Lпl и Lп2 - индуктивность первой и второй подстанций соответственно; Lл - полная индуктивность контактной сети;
11 и 12 - расстояние от электровоза до первой и второй тяговых подстанций соответственно; I - длина межподстанционной зоны.
Разрывы кривой напряжения в моменты начала и конца коммутации преобразователя
Рисунок 4 - Форма кривой напряжения на первичных шинах тяговой подстанции (ипр) и
на токоприемнике электровоза (ип)
Анализируя формулы (1) - (3), можно сделать вывод о том, что потеря напряжения тем больше, чем больше коммутация у.
Таким образом, чтобы снизить влияние электровоза на качество напряжения в контактной сети и увеличить коэффициент мощности, необходимо уменьшить минимальный угол открытия а и длительность коммутации у. Одним из способов решения поставленной задачи является замена устаревшей элементной базы ВИПа на современные силовые полупроводниковые приборы (СПП). Примером таких устройств являются биполярные транзисторы с изолированным затвором - ЮВТ-транзисторы. Данные устройства полностью управляемые, высокая частота их переключений позволяет производить работу с низкими коммутационными потерями. Скорость коммутации ЮВТ-транзистора очень высокая, соответственно длительность коммутации будет значительно меньше по сравнению с тиристорами и, как следствие, искажающее воздействие на контактную сеть будет снижено. В настоящее время существует ВИП для коллекторного тягового привода, выполненный на основе ЮВТ-транзисторов. Данный преобразователь разработан учеными Иркутского государственного университета путей сообщения (ИрГУПСа), его принципиальная электрическая схема и диаграммы работы представлены на рисунке 5 [9, 10].
Рисунок 5 - Работа выпрямительно-инверторного преобразователя на ЮВТ-транзисторах: а - принципиальная электрическая схема тележки электровоза с ВИПом на ЮВТ-транзисторах; б - диаграммы электромагнитных процессов электровоза при работе ВИПа
Рассмотрим работу ВИПа на ЮВТ-транзисторах (рисунок 5, б). В момент времени 1 подаются сигналы управления: аг^ - на транзистор плеча УТ2, а№ - на УТ7 и УТ4. На интервале 1 - 2 происходят коммутация и передача нагрузки с разрядного плеча УТ9 на плечи УТ2, УТ7. На интервале 2 - 3 ток протекает по транзисторам УТ2 и УТ7, обеспечивается напряжение 4-й зоны регулирования. В момент времени 3 с транзистора УТ2 снимается сигнал управления, в работе остаются транзисторы УТ4 и УТ7, обеспечивается напряжение 3-й зоны регулирования. В точке 4 снимаются сигналы управления с транзисторов УТ4 и УТ7, происходит открытие разрядного плеча УТ9. На интервале 4 - 5 ток протекает через тяговые двигатели, сглаживающий реактор и транзисторное плечо УТ9. В момент времени 5 на транзистор УТ1 подается сигнал управления аге^ на транзисторы УТ8 и УТ3 подаются сигналы управления а№. На участке 5 - 6 происходит коммутация, снимается нагрузка с плеча УТ9 на плечи УТ1 и УТ8. На участке 6 - 7 ток протекает по плечам УТ1 и УТ8, обеспечивается напряжение 4-й зоны регулирования. В точке 7 снимается управляющий сигнал с плеча УТ1, в работу включается плечо УТ3. На участке 3 - 8 ток протекает по плечам УТ3 и УТ8, обеспечивается напряжение 3-й зоны регулирования.
Описанный способ управления и наличие полностью управляемых СПП позволяет максимально уменьшить угол сдвига фаз ф, что дает существенный прирост коэффициента мощности [11]. Благодаря снижению длительности основной коммутации и исключению корот-
кого замыкания обмоток тягового трансформатора минимизировано искажение кривой напряжения контактной сети.
Используя методику расчета, приведенную в работе [8], проведем сравнение величины просадки напряжения при работе типового и транзисторного ВИПов. Мгновенное значение напряжения определяется по формуле:
и = (4)
Среднеквадратичное значение напряжения в первичной обмотке тягового трансформатора определяется выражением:
т
-•/0 u2(ыt)dыt, (5)
где Т - длительность одного периода питающего напряжения.
Соответственно, зная величину снижения напряжения в моменты коммутации, формулу среднеквадратичного значения напряжения с учетом разрывов во время коммутации преобразователя можно привести к виду:
^скз = (/■- 2/а("0+г)и'2(^)^), (6)
где и' - напряжение просадки при коммутации преобразователя, определяется по формуле:
и' = С • sm(&)t), (7)
где С - постоянная просадки напряжения, определяется по формуле (2) при (а + у) = 90 эл. град.
Согласно исследованиям [12] длительность основной коммутации тиристорного ВИПа с учетом минимального угла открытия составляет 39 эл. град., тогда как у ВИПа на ЮВТ-транзисторах длительность коммутации составляет 20 эл. град., при этом коммутация начинается с начала полупериода. Если предположить, что напряжение в контактной сети икс = 25 кВ, минимальный угол открытия тиристора составляет 9 эл. град., напряжение на тяговых двигателях 800 В, а электровоз находится в середине междподстанционной зоны длиной 40 км с двусторонним питанием, определим величину снижения напряжения при основной (сетевой) коммутации:
Аи = ик,с - ^скз. (8)
Осуществив необходимые преобразования, выполним расчет по формулам (4) - (7). Снижение напряжения в контактной сети составит 720 В и 470 В для типового и транзисторного ВИПов соответственно. Таким образом, с учетом только сетевой коммутации снижение напряжения в контактной сети уменьшится в 1,5 раза.
На основе проведенных исследований выявлена одна из причин снижения напряжения в контактной сети при пропуске поездов, которая заключается в возникновении просадки напряжения в моменты коммутации выпрямительно-инверторного преобразователя. Установлено, что замена устаревшей базы ВИПов на современные силовые приборы - ЮВТ-транзисторы - позволит уменьшить время коммутации, что приведет к меньшему снижению напряжения в контактной сети. Определение сокращения межпоездного интервала в тяжеловесном движении и расчет возможного ввода дополнительных пар поездов за счет внедрения современных силовых преобразователей на электровозе представляют направление для дальнейшей научной проработки.
Список литературы
1. О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года. - Утв. Указом Президента Российской Федерации № 204 от 07.05.2018 / Правительство Российской Федерации. - Москва, 2018. - 19 с. - Текст : непосредственный.
2. Долгосрочная программа развития открытого акционерного общества «Российские железные дороги». - Утв. Указом Президента Российской Федерации № 466р от 07.05.2018 / Правительство Российской Федерации. - Москва, 2019. - 135 с. - Текст : непосредственный.
3. 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». - Текст : электронный. - URL: https://www.irgups.ru/sites/default/files/irgups/science/document/strategiya_nauchno-tehnologicheskogo_razvitiya_holdinga_rzhd_na_period_do_2025_goda_i_na_pers- pektivu_do_2030_goda_ belaya_kniga_2018.pdf (дата обращения: 24.03.2021).
4. Красноярская железная дорога увеличила пропуск тяжеловесных грузовых поездов. -Текст : электронный. - URL: https://kras.rzd.ru/news// (дата обращения: 10.02.2021).
5. Гильманов, А. И. Увеличение массы поезда по сети железных дорог / А. И. Гильманов, О. И. Залогова. - Текст : электронный // Молодая наука Сибири : электрон. науч. журнал. -2018. - № 11. - URL: http://mnv.irgups.ru/toma/11-2018 (дата обращения: 24.02.2021).
6. Борцов, П. И. Подвижной состав и основы тяги поездов / П. И. Борцов. - Москва : Транспорт, 1976. - 342 с. - Текст : непосредственный.
7. Электровоз магистральный 2ЭС5К (3ЭС5К) : Руководство по эксплуатации. Книга 5. Описание и работа. Электронное оборудование. Преобразователи. ИДМБ.661142.009.РЭ5. -Новочеркасск : ВЭлНИИ, 2005. - 125 с. - Текст : непосредственный.
8. Тихменев, Б. Н. Электровозы переменного тока с тиристорными преобразователями / Б. Н. Тихменев, В. А. Кучумов. - Москва : Транспорт, 1988. - 312 с. - Текст : непосредственный.
9. Патент 2498490 Российская Федерация, МПК H02M, H02P, G05F, B60L. Многозонный выпрямительно-инверторный преобразователь и способ управления преобразователем : № 2012114982/07 : заявлено 16.04.2012 : опубликовано 10.11.2013 / Портной А. Ю., Мельниченко О. В., Шрамко С. Г., Полуянов А. Г.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения». - 7 с. - Текст : непосредственный.
10. Яговкин, Д. А. Разработка нового энергосберегающего алгоритма управления ВИП электровоза на IGBT модулях / Д. А. Яговкин, О. В. Мельниченко, А. Ю. Портной. - Текст : непосредственный // Вестник института тяги и подвижного состава. - 2013. - № 9. - С. 17 - 24.
11. Линьков, А. О. Совершенствование выпрямительной установки возбуждения тяговых двигателей электровоза переменного тока в режиме рекуперативного торможения : специальность 05.22.07 «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация» : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Линьков Алексей Олегович ; Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2015. - 177 с. - Текст : непосредственный.
12. Мельниченко, О. В. Повышение энергетической эффективности тяговых электроприводов электровозов переменного тока : специальность 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы» : диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / Мельниченко Олег Валерьевич ; Дальневосточный гос. ун-т путей сообщения. - Хабаровск, 2015. - 392 с. - Текст : непосредственный.
References
1. O nacional'nyh celjah i strategicheskih zadachah razvitija Rossijskoj Federacii na period do 2024 goda № 466r (On national goals and strategic objectives of the development of the Russian Federation for the period up to 2024 № 466r). Moscow, President of Russian Federation, 2018, 19 p.
2. Dolgosrochnaja programma razvitija otkrytogo akcionernogo obshhestva «Rossijskie zheleznye dorogi» № 466r (Long-term development program of the open joint-stock company "Russian Railways" No. 466r). Moscow, Government of the Russian Federation, 2019, 135 p.
3. White Paper of JSCo Russian Railways no. 769 / p dated 04.17.2018 «Strategiya nauch-notekhnicheskogo 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»), Available at: https://www.irgups.ru/sites/default/files/irgups/science/document/ (accessed 24 March 2021).
4. Krasnoyarskaya zheleznaya doroga uvelichila propusk tyazhelovesnykh gruzovykh poyezdov (Krasnoyarsk railway increased the passage of heavy freight trains), Available at: https://kras.rzd.ru/news// (accessed 10 February 2021).
5. Gilmanov A. I., Zalogova O. I. Increase of train weight on the railway network [ Uvelicheni-ye massy poyezdapo seti zheleznykh dorog]. Young science of Siberia: electron. scientific. journal, 2018, no. 11, Available at: http://mnv.irgups.ru/toma/11-2018, free (accessed 24 February 2021).
6. Bortsov P. I. Podvizhnoy sostav i osnovy tyagi poyezdov (Rolling stock and the basics of train traction). Moscow: Transport Publ., 1976, 342 p.
7. Elektrovoz magistral'nyi 2ES5K (3ES5K): Rukovodstvo po ekspluatatsii. Kniga 5. Opisanie i rabota. Elektronnoe oborudovanie. Preobrazovateli (Main electric locomotive 2ES5K (3ES5K). Manual. Book 5. Description and operation. Electronic equipment. Converters). Novocherkassk: VELNII Publ., 2005, 125 p.
8. Tikhmenev B. N. Ehlektrovozy peremennogo toka s tiristornymi preobrazovatelyami (AC electric locomotives with thyristor converters). Moscow: Transport Publ., 1988, 312 p.
9. Portnoy A. Yu., Melnichenko O. V., Shramko S. G., Poluyanov A. G. Patent RU2498490, 10.11.2013.
10. Yagovkin D. A., Melnichenko O. V., Portnoy A. Yu. Development of a new energy-saving algorithm for controlling a rectifier-inverter converter electric locomotive on IGBT modules [Raz-rabotka novogo energosberegayushchego algoritma upravleniya VIP elektrovoza na IGBT mod-ulyakh]. Vestnik instituta tiagi i podvizhnogo sostava - Bulletin of the Institute of Traction and Rolling Stock,, 2013, no. 9, pp. 17 - 24.
11. Linkov A. O. Sovershenstvovaniye vypryamitel'noy ustanovki vozbuzhdeniya tyagovykh dvigateley elektrovoza peremennogo toka v rezhime rekuperativnogo tormozheniya (Improvement of the rectifier installation for excitation of traction motors of an AC electric locomotive in the regenerative braking mode). Ph. D. thesis, Omsk, OSTU, 2015, 177 p.
12. Melnichenko O. V. Povysheniye energeticheskoy effektivnosti tyagovykh elektroprivodov el-ektrovozov peremennogo toka (Increasing the energy efficiency of traction electric drives of AC electric locomotives). Doctor's of Sciences in Engineering thesis, Khabarovsk, FESTU, 2015, 392 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Знаенок Вячеслав Николаевич
Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС).
Чернышевского ул., д. 15, г. Иркутск, 664074, Российская Федерация.
Студент кафедры «Электроподвижной состав», ИрГУПС.
Тел.: 8-950-126-23-70.
E-mail: znaenock@yandex.ru
Линьков Алексей Олегович
Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС).
ул. Чернышевского, д. 15, г. Иркутск, 664074, Российская Федерация.
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Znaenok Vyacheslav Nikolaevich
Irkutsk State Transport University (IrSTU).
Chernyshevsky st., d. 15, Irkutsk, 664074, the Russian Federation.
Student of the department of Electric Rolling Stock,
Phone: 8-950-126-23-70. E-mail: znaenock@yandex.ru
Linkov Alexey Olegovich
Irkutsk State Transport University (IrSTU).
Chernyshevsky st., d. 15, Irkutsk, 664074, the Russian Federation.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Электроподвижной состав», ИрГУПС.
Тел.: 8-924-709-52-99.
E-mail: linkovalex@mail.ru
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: olegmelnval@mail.ru
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Знаенок, В. Н. Выпрямительно-инверторный преобразователь электровоза на базе IGBT-транзисторов как способ повышения пропускной способности участков железной дороги / В. Н. Знаенок, А. О. Линьков, О. В. Мельниченко. - Текст : непосредственный // Известия Транссиба. - 2021. - № 1 (45). - С. 66 - 75.
Ph. D. in Engineering, associate professor of the department «Electric Rolling Stock».
Phone: 8-924-709-52-99.
E-mail: linkovalex@mail.ru
Melnichenko Oleg Valerevich,
Irkutsk State Transport University,
15, Chernyshevsky st., Irkutsk, 664074, Russian Federation
Doctor of Sciences in Engineering, head of the department «Electric Rolling Stock».
Phone: 8-902-170-24-37.
E-mail: olegmelnval@mail.ru
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Znaenok V. N, Linkov A. O., Melnichenko O. V. Rectifier-inverter converter of an electric locomotive based on IGBT transistors as a way to increase the capacity of railway sections. Journal of Transsib Railway Studies, 2021, no. 1 (45), pp. 66 - 75 (In Russian).
УДК 621.89; УДК 629.4
И. А. Майба, Д. В. Глазунов
Ростовский государственный университет путей сообщения (РГУПС), г. Ростов-на-Дону,
Российская Федерация
ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ АНТИФРИКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ СМАЗЫВАНИЯ КОЛЕС ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
Аннотация. В работе рассмотрен вопрос оптимизации применения смазочных материалов для снижения интенсивности изнашивания гребней колес тягового подвижного состава. Определены цель работы и объекты испытаний. Представлены виды испытаний, методика их проведения, краткое описание испытаний и соответствие техническому заданию и техническим требованиям. Проведены проектные работы по разработке твердых антифрикционных элементов для смазывания гребней колесных пар локомотивов (далее -стержни ТАЭЛ). Стендовые испытания проводились на универсальной машине трения 2168 УМТ «Унитриб», моделирующей контактное взаимодействие колеса с рельсом при нанесении на гребень колеса твердого смазочного материала. Определялись линейная интенсивность изнашивания смазочного элемента и момент трения. Натурные испытания проводились на базе тягового подвижного состава серии ВЛ80, 2ТЭ25КМ, ЧМЭ3. Определялись такие показатели, как средняя интенсивность выработки стержней ТАЭЛ и штатных смазочных стержней и средняя интенсивность изнашивания гребней колес. Получены результаты лабораторных стендовых и натурных испытаний стержней ТАЭЛ в соответствии с порядком допуска смазочных материалов для контакта «колесо - рельс» к применению в гребнесмазывателях локомотивов, эксплуатирующихся на железных дорогах Российской Федерации. Натурные испытания тягового подвижного состава проводились на полигонах Северо-Кавказской, Юго-Восточной и Приволжской железных дорог. В период проведения натурных испытаний контролировались такие показатели: оценка влияния ТАЭЛ на износ гребней колесных пар, оценка фактического ресурса выработки ТАЭЛ, оценка функциональных возможностей стержней ТАЭЛ. По результатам испытаний разработанные стержни ТАЭЛ получили разрешение на использование для инфраструктуры ОАО «РЖД». При этом интенсивность изнашивания гребней колесных пар локомотивов, снаряженных ТАЭЛ, по сравнению со штатными стержнями, снизилась до 50 %.
Ключевые слова: машина трения, испытания, антифрикционный материал, коэффициент трения, расход, методика.
12 1(45) 2021
