Proceedings of Petersburg Transport University Proceedings of Petersburg Transport University Известия Петербургского университета путей сообщения 1815-588X 2658-6851 76017 10.20295/1815-588X-2024-01-252-264 Проблематика транспортных систем PROBLEMATIC OF TRANSPORT SYSTEM Проблематика транспортных систем Development of a method for spaced control of transistor traction converters of an electric locomotive in the first rectified voltage regulation zone Разработка способа разнесенного управления транзисторными тяговыми преобразователями электровоза на первой зоне регулирования выпрямленного напряжения Григоренко Павел Владимирович Grigorenko Pavel Vladimirovich Мельниченко Олег Валерьевич Mel'nichenko Oleg Valer'evich olegmelnval@mail.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Портной Александр Юрьевич Portnoy Aleksandr Yur'evich portnoy_alexander@mail.ru

доктор физико-математических наук;

doctor of physical and mathematical sciences;

 Самойлова Анастасия Сергеевна Samoylova Anastasiya Sergeevna a.s.samoilova@mail.ru Иркутский государственный университет путей сообщения Россия Irkutsk State Transport University Russian Federation Иркутский государственный университет путей сообщения Россия Irkutsk State Transport University Russian Federation Иркутский государственный университет путей сообщения Россия Irkutsk State Transport University Russian Federation Иркутский государственный университет путей сообщения Россия Irkutsk State Transport University Russian Federation 29 03 2024 29 03 2024 21 1 252 264 17 03 2024 https://pgups.editorum.ru/en/nauka/article/76017/view

Цель: разработать способ повышения качества электроэнергии на токоприемнике электровоза переменного тока при его работе на первой зоне регулирования выпрямленного напряжения с транзисторными тяговыми преобразователями. Методы: проанализированы электромагнитные процессы на токоприемнике и в силовой цепи электровоза переменного тока с тиристорными и транзисторными тяговыми преобразователями, произведено их сравнение по критерию искажения качества электроэнергии на токоприемнике. Проанализированы электромагнитные процессы на токоприемнике и в силовой цепи электровоза переменного тока с транзисторными тяговыми преобразователями, работающими по предложенному способу — разнесенного управления. Результаты: выявлены причины колебаний напряжения и тока на токоприемнике электровоза переменного тока с транзисторным тяговым преобразователем на первой зоне регулирования выпрямленного напряжения. Разработан способ разнесенного управления транзисторными тяговыми преобразователями, позволяющий снизить суммарный коэффициент гармонических составляющих тока и напряжения на токоприемнике электровоза переменного тока. Практическая значимость: разработанный способ разнесенного управления может применяться на электровозах переменного тока после их переоборудования на транзисторные тяговые преобразователи, а также при проектировании новых электровозов.

Objective: to develop a way to improve the quality of electricity on the current collector of an alternating current electric locomotive when it is operating in the first control zone with transistor traction converters. Methods: the electromagnetic processes on the current collector and in the power circuit of an alternating current electric locomotive with thyristor and transistor traction converters are analyzed, their comparison is made according to the criterion of distortion of the quality of electricity on the current collector. The electromagnetic processes on the current collector and in the power circuit of an alternating current electric locomotive with transistor traction converters operating according to the proposed method — spaced control are analyzed. Results: the causes of voltage and current fluctuations on the current collector of an alternating current electric locomotive with a transistor traction converter in the first rectified voltage regulation zone have been identified. A method of spaced control of transistor traction converters has been developed, which allows reducing the total coefficient of harmonic components of current and voltage on the current collector of an alternating current electric locomotive. Practical importance: the developed method of spaced control can be used on AC electric locomotives after their conversion to transistor traction converters, as well as in the design of new electric locomotives.

 электровоз переменного тока выпрямительно-инверторный преобразователь коллекторный электропривод IGBT-транзисторы качество электрической энергии энергоэффективность alternating current electric locomotive rectifier-inverter converter collector electric drive IGBT-transistors power quality energy efficiency

Совещание по развитию отдельных направлений транспортного комплекса. - URL: http://kremlin.ru/events/president/news/68468 (дата обращения: 16.02.2024). Soveschanie po razvitiyu otdel'nyh napravleniy transportnogo kompleksa. - URL: http://kremlin.ru/events/president/news/68468 (data obrascheniya: 16.02.2024). «Виртуальная сцепка» поездов позволит увеличить пропускную способность Восточного полигона - URL: https://company.rzd.ru/ru/9401/ page/78314?id=200681 (дата обращения: 16.02.2024). «Virtual'naya scepka» poezdov pozvolit uvelichit' propusknuyu sposobnost' Vostochnogo poligona - URL: https://company.rzd.ru/ru/9401/ page/78314?id=200681 (data obrascheniya: 16.02.2024). Виртуальная сцепка ускоряет движение - URL: https://gudok.ru/newspaper/? ID=1594451 (дата обращения: 16.02.2024). Virtual'naya scepka uskoryaet dvizhenie - URL: https://gudok.ru/newspaper/? ID=1594451 (data obrascheniya: 16.02.2024). Виртуальная сцепка повысила пропускную способность - URL: https://gudok.ru/newspaper/? ID=1575196 (дата обращения: 16.02.2024). Virtual'naya scepka povysila propusknuyu sposobnost' - URL: https://gudok.ru/newspaper/? ID=1575196 (data obrascheniya: 16.02.2024). Виртуальную сцепку показали в реальном времени - URL: https://gudok.ru/newspaper/? ID=1571259&archive=2021.07.08 (дата обращения: 16.02.2024). Virtual'nuyu scepku pokazali v real'nom vremeni - URL: https://gudok.ru/newspaper/? ID=1571259&archive=2021.07.08 (data obrascheniya: 16.02.2024). Кулинич Ю. М. Исследование электромагнитных процессов в системе «контактная сеть - электровоз» при уменьшении минимального угла от Рис. 6. Временная диаграмма работы транзисторных ВИП электровоза переменного тока по способу разнесенного управления на 0,5 зоны регулирования выпрямленного напряжения крытия тиристоров в выпрямительно-инверторном преобразователе / Ю. М. Кулинич, Д. Ю. Дроголов // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта - 2020. - Т. 79, № 2. - С. 93-102. Kulinich Yu. M. Issledovanie elektromagnitnyh processov v sisteme «kontaktnaya set' - elektrovoz» pri umen'shenii minimal'nogo ugla ot Ris. 6. Vremennaya diagramma raboty tranzistornyh VIP elektrovoza peremennogo toka po sposobu raznesennogo upravleniya na 0,5 zony regulirovaniya vypryamlennogo napryazheniya krytiya tiristorov v vypryamitel'no-invertornom preobrazovatele / Yu. M. Kulinich, D. Yu. Drogolov // Vestnik Nauchno-issledovatel'skogo instituta zheleznodorozhnogo transporta - 2020. - T. 79, № 2. - S. 93-102. Эксплуатация и обслуживание электронного и микропроцессорного оборудования тягового подвижного состава: Труды Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, Красноярск, 24-25 марта 2020 года / Под редакцией И. К. Лакина. - Красноярск: Акционерное общество «Дорожный центр внедрения Красноярской железной дороги», 2020. - 360 с. Ekspluataciya i obsluzhivanie elektronnogo i mikroprocessornogo oborudovaniya tyagovogo podvizhnogo sostava: Trudy Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferencii s mezhdunarodnym uchastiem, Krasnoyarsk, 24-25 marta 2020 goda / Pod redakciey I. K. Lakina. - Krasnoyarsk: Akcionernoe obschestvo «Dorozhnyy centr vnedreniya Krasnoyarskoy zheleznoy dorogi», 2020. - 360 s. Мельниченко О. В. Повышение качества электрической энергии в контактной сети с целью снижения отказов электронного и силового электрооборудования электровоза / О. В. Мельниченко, В. С. Цыбульский, О. В. Чикиркин // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2008. - № 3 (19). - С. 58-64. Mel'nichenko O. V. Povyshenie kachestva elektricheskoy energii v kontaktnoy seti s cel'yu snizheniya otkazov elektronnogo i silovogo elektrooborudovaniya elektrovoza / O. V. Mel'nichenko, V. S. Cybul'skiy, O. V. Chikirkin // Sovremennye tehnologii. Sistemnyy analiz. Modelirovanie. - 2008. - № 3 (19). - S. 58-64. Яговкин Д. А. Совершенствование выпрямительно-инверторного преобразователя электровоза переменного тока и принципа его управления в режиме тяги: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук: специальность 05.22.07 «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация» / Д. А. Яговкин. - Санкт-Петербург, 2016. - 162 с. Yagovkin D. A. Sovershenstvovanie vypryamitel'no-invertornogo preobrazovatelya elektrovoza peremennogo toka i principa ego upravleniya v rezhime tyagi: Dissertaciya na soiskanie uchenoy stepeni kandidata tehnicheskih nauk: special'nost' 05.22.07 «Podvizhnoy sostav zheleznyh dorog, tyaga poezdov i elektrifikaciya» / D. A. Yagovkin. - Sankt-Peterburg, 2016. - 162 s. Яговкин Д. А. Разработка нового энергосберегающего алгоритма управления ВИП электровоза на IGBT модулях / Д. А. Яговкин, О. В. Мельниченко, А. Ю. Портной // Вестник института тяги и подвижного состава. - 2013. - № 9. - С. 17-24. Yagovkin D. A. Razrabotka novogo energosberegayuschego algoritma upravleniya VIP elektrovoza na IGBT modulyah / D. A. Yagovkin, O. V. Mel'nichenko, A. Yu. Portnoy // Vestnik instituta tyagi i podvizhnogo sostava. - 2013. - № 9. - S. 17-24. Яговкин Д. А. Новый выпрямительно-инверторный преобразователь для тягового подвижного состава переменного тока с повышенными энергетическими характеристиками в режиме тяги / Д. А. Яговкин, О. В. Мельниченко, А. Ю. Портной, С. Г. Шрамко // Наука и техника транспорта. - 2014. - № 3. - С. 46-51. Yagovkin D. A. Novyy vypryamitel'no-invertornyy preobrazovatel' dlya tyagovogo podvizhnogo sostava peremennogo toka s povyshennymi energeticheskimi harakteristikami v rezhime tyagi / D. A. Yagovkin, O. V. Mel'nichenko, A. Yu. Portnoy, S. G. Shramko // Nauka i tehnika transporta. - 2014. - № 3. - S. 46-51. Яговкин Д. А. Структура математической модели выпрямительно-инверторного преобразователя на IGBT-транзисторах для электровоза переменного тока в режиме тяги / Д. А. Яговкин, А. Ю. Портной, О. В. Мельниченко [и др.] // Электропривод на транспорте и в промышленности: труды II Всероссийской научно-практической конференции, Хабаровск, 20-21 сентября 2018 года. - Хабаровск: Дальневосточный государственный университет пу- тей сообщения, 2018. - С. 121-129. Yagovkin D. A. Struktura matematicheskoy modeli vypryamitel'no-invertornogo preobrazovatelya na IGBT-tranzistorah dlya elektrovoza peremennogo toka v rezhime tyagi / D. A. Yagovkin, A. Yu. Portnoy, O. V. Mel'nichenko [i dr.] // Elektroprivod na transporte i v promyshlennosti: trudy II Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferencii, Habarovsk, 20-21 sentyabrya 2018 goda. - Habarovsk: Dal'nevostochnyy gosudarstvennyy universitet pu- tey soobscheniya, 2018. - S. 121-129. Яговкин Д. А. Экспериментальный стенд для исследования процессов работы тиристорного и транзисторного выпрямительно-инверторных преобразователей электровоза переменного тока в режиме тяги на высших зонах регулирования / Д. А. Яговкин, О. В. Мельниченко и др. // Вестник ИрГТУ / Иркутский нац. иссл. тех. ун-т. - Иркутск, 2014. - № 5. - С. 119-126. Yagovkin D. A. Eksperimental'nyy stend dlya issledovaniya processov raboty tiristornogo i tranzistornogo vypryamitel'no-invertornyh preobrazovateley elektrovoza peremennogo toka v rezhime tyagi na vysshih zonah regulirovaniya / D. A. Yagovkin, O. V. Mel'nichenko i dr. // Vestnik IrGTU / Irkutskiy nac. issl. teh. un-t. - Irkutsk, 2014. - № 5. - S. 119-126. ГОСТ 32144-2013 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. - Москва: Стандартинформ, 2014. - 19 с. GOST 32144-2013 Elektricheskaya energiya. Sovmestimost' tehnicheskih sredstv elektromagnitnaya. Normy kachestva elektricheskoy energii v sistemah elektrosnabzheniya obschego naznacheniya. - Moskva: Standartinform, 2014. - 19 s. Мельниченко О. В. Повышение энергетической эффективности электровоза переменного тока в режиме тяги с помощью разнофазного управления выпрямителями на первой зоне регулирования / О. В. Мельниченко, С. В. Власьевский // Электроника и электрооборудование транспорта. - 2014. - № 3. - С. 26-30. Mel'nichenko O. V. Povyshenie energeticheskoy effektivnosti elektrovoza peremennogo toka v rezhime tyagi s pomosch'yu raznofaznogo upravleniya vypryamitelyami na pervoy zone regulirovaniya / O. V. Mel'nichenko, S. V. Vlas'evskiy // Elektronika i elektrooborudovanie transporta. - 2014. - № 3. - S. 26-30. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: учебник для бакалавров / Л. А. Бессонов. - 12-е изд., исправ. и доп. - М.: Издательство Юрайт, 2016. - 701 с. Bessonov L. A. Teoreticheskie osnovy elektrotehniki. Elektricheskie cepi: uchebnik dlya bakalavrov / L. A. Bessonov. - 12-e izd., isprav. i dop. - M.: Izdatel'stvo Yurayt, 2016. - 701 s. Власьевский С. В. Повышение эффективности выпрямительно-инверторных преобразователей электровозов переменного тока с рекуперативным торможением: дис. ... д-ра. техн. наук: 05.09.03 / С. В. Власьевский. - Хабаровск, 2001. - 396 с. Vlas'evskiy S. V. Povyshenie effektivnosti vypryamitel'no-invertornyh preobrazovateley elektrovozov peremennogo toka s rekuperativnym tormozheniem: dis. ... d-ra. tehn. nauk: 05.09.03 / S. V. Vlas'evskiy. - Habarovsk, 2001. - 396 s. Шаров В. И. Радиотехника / В. И. Шаров; [Предисл. ред. и некролог «Памяти В. И. Шарова»: проф. Н. Н. Циклинский]. - Москва; Ленинград: Кубуч, 1934. - 544 с. Sharov V. I. Radiotehnika / V. I. Sharov; [Predisl. red. i nekrolog «Pamyati V. I. Sharova»: prof. N. N. Ciklinskiy]. - Moskva; Leningrad: Kubuch, 1934. - 544 s. Линьков А. О. Исследование цепей защиты от коммутационных пере-напряжений выпрямительной установки возбуждения электровоза на IGBTтранзисторах // Вестник ИрГТУ. - 2014. - № 5 (88). Lin'kov A. O. Issledovanie cepey zaschity ot kommutacionnyh pere-napryazheniy vypryamitel'noy ustanovki vozbuzhdeniya elektrovoza na IGBTtranzistorah // Vestnik IrGTU. - 2014. - № 5 (88). Тихменев Б. Н. Электровозы переменного тока с тиристорными преобразователями / Б. Н. Тихменев, В. А. Кучумов. - М.: Транспорт, 1988. - 311 с. Tihmenev B. N. Elektrovozy peremennogo toka s tiristornymi preobrazovatelyami / B. N. Tihmenev, V. A. Kuchumov. - M.: Transport, 1988. - 311 s. Кучумов В. А. Технико-экономические показатели тиристорных электровозов переменного тока с разнофазным управлением / В. А. Кучумов, В. В. Находкин, Н. Н. Широченко // Вестник ВНИ- ИЖТ. - 1987. - № 3. - С. 15-18. Kuchumov V. A. Tehniko-ekonomicheskie pokazateli tiristornyh elektrovozov peremennogo toka s raznofaznym upravleniem / V. A. Kuchumov, V. V. Nahodkin, N. N. Shirochenko // Vestnik VNI- IZhT. - 1987. - № 3. - S. 15-18. Кулинич Ю. М. Испытания электровоза ВЛ85 с разнофазным управлением выпрямительно-инверторными преобразователями / Ю. М. Кулинич, В. В. Находкин, Н. Н. Широченко и др. // Вестник ВНИИЖТ. - 1986. - № 4. - С. 23-26. Kulinich Yu. M. Ispytaniya elektrovoza VL85 s raznofaznym upravleniem vypryamitel'no-invertornymi preobrazovatelyami / Yu. M. Kulinich, V. V. Nahodkin, N. N. Shirochenko i dr. // Vestnik VNIIZhT. - 1986. - № 4. - S. 23-26. Тихменев, Б. Н. Мешающее влияние на связь при разнофазном регулировании напряжения тяговых двигателей / Б. Н. Тихменев, И. Н. Фроленков // Вестник ВНИИЖТ. - 1972. - № 1. - С. 1-5. Tihmenev, B. N. Meshayuschee vliyanie na svyaz' pri raznofaznom regulirovanii napryazheniya tyagovyh dvigateley / B. N. Tihmenev, I. N. Frolenkov // Vestnik VNIIZhT. - 1972. - № 1. - S. 1-5. Мельниченко О. В. Испытание адаптивной системы разнофазного управления электровоза ВЛ80Р / О. В. Мельниченко, Ю. В. Газизов // Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке: труды Всероссийской молодежной научно-практической конференции с международ- ным участием. ДВГУПС. - 2011. - Т. 1. - С. 18-23. Mel'nichenko O. V. Ispytanie adaptivnoy sistemy raznofaznogo upravleniya elektrovoza VL80R / O. V. Mel'nichenko, Yu. V. Gazizov // Nauchno-tehnicheskoe i ekonomicheskoe sotrudnichestvo stran ATR v XXI veke: trudy Vserossiyskoy molodezhnoy nauchno-prakticheskoy konferencii s mezhdunarod- nym uchastiem. DVGUPS. - 2011. - T. 1. - S. 18-23. Газизов Ю. В. Повышение качества электрической энергии в тяговой сети при работе электровоза переменного тока с адаптивной системой разнофазного управления в режиме тяги: дис. канд. техн. наук: 05.22.07 Газизов Ю. В. - Хабаровск, 2011. - 222 с. Gazizov Yu. V. Povyshenie kachestva elektricheskoy energii v tyagovoy seti pri rabote elektrovoza peremennogo toka s adaptivnoy sistemoy raznofaznogo upravleniya v rezhime tyagi: dis. kand. tehn. nauk: 05.22.07 Gazizov Yu. V. - Habarovsk, 2011. - 222 s. Мельниченко О. В. Энергосберегающий алгоритм разнофазного управления четырехзонного выпрямительного преобразователя электровоза / О. В. Мельниченко, С. В. Власьевский // Электроника и электрооборудование транспорта. - 2014. - № 4. - С. 13-19. Mel'nichenko O. V. Energosberegayuschiy algoritm raznofaznogo upravleniya chetyrehzonnogo vypryamitel'nogo preobrazovatelya elektrovoza / O. V. Mel'nichenko, S. V. Vlas'evskiy // Elektronika i elektrooborudovanie transporta. - 2014. - № 4. - S. 13-19. Мельниченко О. В. Повышение энергетической эффективности тяговых электроприводов электровозов переменного тока: Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук: специальность 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы» / О. В. Мельниченко. - Хабаровск, 2015. - 392 с. Mel'nichenko O. V. Povyshenie energeticheskoy effektivnosti tyagovyh elektroprivodov elektrovozov peremennogo toka: Dissertaciya na soiskanie uchenoy stepeni doktora tehnicheskih nauk: special'nost' 05.09.03 «Elektrotehnicheskie kompleksy i sistemy» / O. V. Mel'nichenko. - Habarovsk, 2015. - 392 s.