Search

This article presents an analysis of the causes behind the development of asymmetric modes in a traction drive system that features direct torque control (DTC) of a rolling stock with asynchronous traction motors. The development of asymmetric modes in the traction drive system was found to be caused by the asymmetry of the supply voltage system, the asymmetry of the traction motor windings, and transient processes triggered by a change in the inverter supply voltage and variation in the traction motor load. At the same time, the asymmetric modes caused by the asymmetry of the feed voltage system and the windings of the traction motor are the emergency modes. The influence of the asymmetry of the feed voltage system and asymmetry of the windings of traction motor on the starting characteristics of the phase currents and flux linkages of the stator in the steady-state mode was investigated. In these cases, the ratio of the amplitudes of phase currents and flux linkages of the stator of different phases was found to be constant. The effect of a variation in the feed voltage and load acting on the motor shaft on the starting characteristics of phase currents and flux linkages of the stator was investigated in the case of absence of the emergency modes. In these cases, the ratio of the amplitudes of phase currents and flux linkages of the stator of different phases was found to not be constant. The amplitudes of the phase current and stator flux linkage were proposed as criteria for diagnosis and identification of asymmetric emergency modes. An algorithm and a structural scheme have been proposed for the diagnosis of emergency asymmetric modes in the traction drive system with direct torque control. Modifications to the traction drive system with direct torque control are suggested in order to diagnose the presence of faulty asymmetric modes and identify the damaged traction drive element.

An analysis of the operating conditions of the traction drives of an electric rolling stock with asynchronous traction motors was conducted. In the process of operation, the electric traction drive with both direct torque control and vector control was found to possibly experience unstable modes, both in terms of power supply and load. The models of electric locomotive traction drives with asynchronous electric motors with either vector or direct torque control were adapted to account for the possible presence of the aforementioned operational factors. As a result of the modeling, the starting characteristics of the electric traction drives with different control systems were obtained both in the absence and in the presence of power supply and load disturbances. The following cases were investigated for the drive with vector and direct torque control in the absence of power supply and torque disturbances: drive output at the rated speed of rotation of the electric motor shaft; 10% reduction in the rated speed; 10% increase in the rated speed. The comparison of the results obtained has demonstrated that, at lower than nominal frequencies, the electric traction drive with direct torque control has higher accuracy in its regulation of the rotational speed and torque, lower power consumption from the power supply, lower torque overshooting, but a higher level of torque pulsations than the electric traction drive with vector control. Meanwhile, at higher than nominal frequencies, the vector control has higher accuracy in its regulation of the speed, lower torque overshooting, shorter duration of transient processes, and lower torque pulsations than the direct torque control. Moreover, as a result of the investigations, the traction drive with direct torque control has been found to be more resistant to power supply and load disturbances. The results of this work are applicable to the investigation of the influence of electric traction drive control methods on the energy efficiency of the traction drive of an electric locomotive with an alternating current (AC).

This paper considers partitioning parameters and the mutual arrangement of magnets in the rotor of the traction synchronous-jet engine with permanent partitioned magnets. The synthesis of geometrical parameters for the rotor of a synchronous reluctance motor with partitioned permanent magnets was proposed on the basis of solving the problem of conditional optimization. To solve the synthesis problem, a mathematical model has been built to determine the electromagnetic momentum of a synchronous reluctance motor with partitioned permanent magnets. It is based on the calculation of the electromagnetic momentum of the engine employing the results of a finite-element analysis of the magnetic field in the flat-parallel statement of the problem. The model is implemented in the finite-element analysis FEMM environment and makes it possible to determine the electromagnetic momentum of the engine with a variety of partitioning of permanent magnets. As an analysis problem, it is proposed to use a mathematical model of the magnetic field of the engine. The problem of conditional optimization of the rotor of a synchronous reluctance motor was stated according to the geometric criteria of the rotor. Restrictions are set on geometric, strength indicators, as well as on the level of electromagnetic momentum. The chosen optimization method is the Nelder-Mead method. Based on the results of solving the problem of synthesizing parameters for the partitioned rotor of the traction motor of trolleybus wheels, it was established that the volume of permanent magnets was reduced by 2.27 times compared to the base structure; their optimal geometric dimensions were determined (5 mm, 5.2 mm, and 5 mm), as well as the distance between them, 17.8 mm and 15.3 mm, and the engine load angle, which is 121.12 electrical degrees. Based on the results of solving the problem of synthesizing parameters for the partitioned rotor of a trolleybus traction synchronous reluctance motor, its optimal geometric parameters have been determined, В роботі розглянуто параметри секціонування та взаємне розташування магнітів у роторі тягового синхронно-реактивного двигуна з постійними секціонованими магнітами. Запропоновано синтез геометричних параметрів ротору синхронно-реактивного двигуна з секціонованими постійними магнітами на підставі вирішення задачі умовної оптимізації. Для вирішення задачі синтезу розроблено математичну модель по визначенню електромагнітного моменту синхронно-реактивного двигуна з секціонованими постійними магнітами. Вона базується на розрахунку електромагнітного моменту двигуна за результатами скінчено-елементного аналізу магнітного поля у плоско-паралельній постановці задачі. Модель реалізована в середовищі скінчено-елементного аналізу FEMM та дає можливість визначати електромагнітний момент двигуна при різноманітному секціонуванні постійних магнітів. В якості задачі аналізу запропоновано використати математичну модель магнітного поля двигуна. Проведено постановку задачі умовної оптимізації ротору синхронно-реактивного двигуна за геометричними критеріями ротору. Встановлено обмеження за геометричними, міцносними показниками, а також за рівнем електромагнітного моменту. У якості метода оптимізації обрано метод Нелдера-Міда. За результатами вирішення задачі синтезу параметрів секціонованого ротору тягового двигуна приводу коліс тролейбусу визначено, що об’єм постійних магнітів вдалось знизити 2.27 рази, порівняно з базовою конструкцією та здобуто їх оптимальні геометричні розміри (5мм, 5.2мм та 5мм), відстані між ними 17,8мм та 15,3мм, а також кут навантаження двигуна, який становить 121,12°ел. За результатами вирішення задачі синтезу параметрів секціонованого ротору тягового синхронно-реактивного двигуна тролейбусу визначено оптимальні його геометричні параметри

A mathematical model has been built of the subway car on two double-axle bogies with an axial characteristic of 20–20, whose spring suspension’s central link is equipped with springs and electromechanical dampers. A special feature of the model is its integration of such components as 17 differential equations of the second order, which describe the operation of the mechanical part «carriage-rail track», as well as 8 differential equations of the first order that describe the operation of 4 electromechanical shock absorbers. The model is complemented with three polynomials of orders 32 and 63 describing the state of the magnetic field of electromechanical shock absorbers and their electromagnetic force, as well as 4 algebraic coupling equations.The mathematical model of the «carriage-rail track» system equipped with electromechanical shock absorbers takes into consideration the following components:– the longitudinal and transverse oscillations by wheelsets of the car bogies and body;– the parameters of a rail track;– the electromagnetic features of electric shock absorbers;– the excitation arising from a track irregularity;– the path parameters, as well as the properties of other elements in a spring suspension.This paper reports a study into the operation of a subway car’s spring suspension that travels over a track with a sinusoidal irregularity. The study has established that the electromechanical processes in electric shock absorbers can be divided into three parts. The oscillation free mechanical components, free components, and the forced electromagnetic components. The duration of action, the amplitudes, and nature of the oscillations’ components have been determined. The oscillation amplitude varies considerably with the increased speed: from 0.01 A and 2 V at 40 km/h up to 0.9 A and 115 V at 100 km/h. The oscillations are harmonious. The frequency of oscillations corresponds to the frequency of the track irregularity. The electric power of the electric shock absorber increases from 0.018 W at 40 km/h to 98 W at 100 km/h, Разработана математическая модель вагона метрополитена на двух двухосных тележках с осевой характеристикой 20-20, в центральной ступени рессорного подвешивания, которого использованы пружины и электромеханические гасители. Особенностью модели является то, что она содержит следующие составляющие. 17 дифференциальных уравнений второго порядка, описывающих работу механической части экипаж-путь. 8 дифференциальных уравнений первого порядка, описывающих работу 4-х электромеханических амортизаторов. Модель дополнена 3-мя полиномами 32 и 63 порядков, описывающими состояние магнитного поля электромеханических амортизаторов и их электромагнитную силу, а также 4 алгебраическими уравнениями связей.В математической модели системы экипаж – путь с электромеханическим амортизатором учтены следующие составляющие:– продольные и поперечные колебания колесных пар тележек и кузова вагона,– параметры рельсового пути,– электромагнитные особенности электроамортизаторов,– возбуждения, возникающие благодаря неровности пути,– параметры пути, свойства других элементов рессорного подвешивания.Проведено исследование работы рессорного подвешивания вагона метрополитена при прохождении пути с синусоидальной неровностью. В результате исследования определено, что электромеханические процессы в электроамортизаторах можно разделить на три части. Свободные механические составляющие колебаний, свободные, а также вынужденные электромагнитные составляющие. Определены продолжительность действия, амплитуды и характер составляющих колебаний. Амплитуда колебаний значительно меняется с ростом скорости движения: с 0,01 А и 2 В при 40 км/ч. до 0,9 А и 115 В при 100 км/ч. Колебания носят гармонический характер. Частота колебаний соответствует частоте неровности пути. Электрическая мощность электроамортизатора возрастает с 0,018 Вт при 40 км/ч до 98 Вт при 100 км/ч, Розроблено математичну модель вагону метрополітену на двох двовісних візках з осьовою характеристикою 20-20, в центральному ступені ресорного підвішування якого використані пружини і електромеханічні гасителі. Особливістю моделі є те, що вона містить наступні складові. 17 диференційних рівнянь другого порядку, які описують роботу механічної частини екіпаж-рейкова колія. 8 диференційних рівнянь першого порядку, які описують роботу 4-х електромеханічних амортизаторів. Модель доповнено трьома поліномами 32 та 63 порядків, які описують стан магнітного поля електромеханічних амортизаторів та їх електромагнітну силу, а також 4 алгебраїчними рівняннями зв’язку.У математичній моделі системи екіпаж-рейкова колія з електромеханічними амортизаторами враховано наступні складові:– повздовжні та поперечні коливання колісних пар візків та кузову вагону;– параметри рейкової колії;– електромагнітні особливості електроамортизаторів;– збудження, що виникають завдяки нерівності колії;– параметри шляху, властивості інших елементів ресорного підвішування.Проведено дослідження роботи ресорного підвішування вагону метрополітену при проходженні шляху з синусоїдальною нерівністю. За цим дослідженням визначено, що електромеханічні процеси в електроамортизаторах можливо поділити на три частини. Вільні механічні складові коливань, вільні, а також вимушені електромагнітні складові. Визначено тривалість дії, амплітуди та характер складових коливань. Амплітуда коливань значно змінюється з ростом швидкості руху: з 0,01 А та 2 В при 40 км/год. до 0,9 А та 115 В при 100 км/год. Коливання носять гармонійний характер. Частота коливань відповідає частоті нерівності шляху. Електрична потужність електроамортизатора збільшується з 0,018 Вт при 40 км/год до 98 Вт при 100 км/год

Switching to the new type of a traction drive, from direct to alternating current, cannot be performed instantly in public transportation. The reason is the large fleet of vehicles and associated costs. In most countries in Europe and Asia, this process takes years.Therefore, the fleet of trolleybuses develops in two directions simultaneously. The first is the purchase of new trolleybuses, that is, the renewal of fleet with modern machines with an alternating current traction motor. The second is the overhaul and modernization of "outdated" machines, in order to improve their performance. Most "obsolete" trolleybuses are equipped with direct current traction motors of serial or mixed excitation. It is possible to achieve substantial energy savings and to improve the characteristics of the traction electric drive with such engines by using a pulse control system and by optimizing control algorithms.The goal of this study is to increase energy efficiency and to improve the characteristics of the trolleybus traction electric drive, equipped with a direct current motor of mixed excitation. This is accomplished by improving this drive's control system based on the pulse control system via DC-DC.The feasibility of the tractive electric drive has been tested through imitation and physical modeling. A mathematical model of the DC motor with mixed excitation has also been improved. A special feature of this model is taking into consideration the saturation of the elements of a magnetic wire of the traction motor based on the preliminary performed calculations of a magnetic field using a finite element method. By combining these components, the improved mathematical model of the entire trolleybus electric drive has been built.The operation of the trolleybus electric drive under a start mode has been simulated. The results have confirmed the increase in the energy efficiency of the traction electric drive by reducing the loss for excitation. The comparison has proven that the losses of energy decreased from 0.587 MJ (0.163 kWh) to 0.531 (0.1475 kWh) MJ, by 9.54 %., Переход на новый тип тягового привода, с постоянного на переменный ток, в городском транспорте невозможно выполнить мгновенно. Это объясняется наличием большого количества парка машин и необходимых на это средств. В большинстве стран Европы и Азии этот процесс растягивается на года. Поэтому развитие парка троллейбусов параллельно в двух направлениях. Первый – закупка новых троллейбусов, то есть обновление парка современными машинами, имеющими тяговый двигатель переменного тока. Второй – капитальный ремонт и модернизация «устаревших» машин, с целью улучшения их эксплуатационных характеристик. Большая часть «устаревших» троллейбусов оборудована тяговыми двигателями постоянного тока последовательного или смешанного возбуждения. Существенное энергосбережение и улучшение характеристик тягового электропривода с этими двигателями достижимо при использовании системы импульсного регулирования путем оптимизации алгоритмов управления.Целью исследования является повышение энергоэффективности и улучшение характеристик тягового электропривода троллейбуса с двигателем постоянного тока смешанного возбуждения, за счет совершенствования системы управления этим приводом на основе системы импульсного управления с помощью DC-DC. Работоспособность тягового электропривода была проверена путем имитационного и физического моделирования. Также была усовершенствована математическая модель двигателя постоянного тока со смешанным возбуждением. Особенностью этой модели является учет насыщения элементов магнитопровода тягового двигателя на базе проведенных заранее расчетов магнитного поля методом конечных элементов. Объединив эти составляющие, получена усовершенствованная математическая модель всего тягового электропривода троллейбуса.Была проведена имитационное моделирование работы тягового электропривода троллейбуса в режиме пуска. Результаты моделирования подтвердили повышение энергоэффективности тягового электропривода за счет уменьшения потерь на возбуждение. Сравнение показало, что потери энергии уменьшились с 0,587 МДж (0,163 кВт·ч) до 0,531 (0,1475 кВт·ч) МДж - на 9,54 %, Перехід на новий тип тягового привода, з постійного на змінний струм, в громадському транспорті неможливо виконати миттєво. Це пояснюється наявністю значної кількості парку машин та потрібних на це коштів. В більшость країн Європи та Азії цей процес розтягується на роки.Тому розвиток парку тролейбусів йде паралельно у двох напрямках. Перший – закупівля нових тролейбусів, тобто оновлення парку сучасними машинами, що мають тяговий двигун змінного струму. Другий – капітальний ремонт і модернізація «застарілих» машин, з метою поліпшення їх експлуатаційних характеристик. Більша частина «застарілих» тролейбусів обладнана тяговими двигунами постійного струму послідовного або змішаного збудження. Істотне енергозбереження та покращення характеристик тягового електропривода з цими двигунами досяжне при використанні системи імпульсного регулювання та шляхом оптимізації алгоритмів керування.Метою дослідження є підвищення енергоефективності та покращення характеристик тягового електропривода тролейбуса, що має двигун постійного струму змішаного збудження. Це досягається за рахунок удосконалення системи керування цим приводом на основі системи імпульсного керування за допомогою DC-DC.Працездатність тягового електроприводу було перевірено шляхом імітаційного та фізичного моделювання. Також було удосконалено математичну модель двигуна постійного струму із змішаним збудженням. Особливістю цієї моделі є врахування насичення елементів магнітопроводу тягового двигуна на базі проведених заздалегідь розрахунків магнітного поля методом скінчених елементів. Об’єднавши ці складові, отримано удосконалену математичну модель всього тягового електропривода тролейбуса.Проведено імітаційне моделювання роботи тягового електропривода тролейбуса в режимі пуску. Результати його підтвердили підвищення енергоефективності тягового електропривода за рахунок зменшення втрат на збудження. Порівняння довело, що втрати енергії зменшилися з 0,587 МДж (0,163 кВт·год) до 0,531 (0,1475 кВт·год) МДж – на 9,54 %

A procedure has been devised for modeling the dynamic processes in the proposed structure of an electromechanical shock absorber. Such shock absorbers can recuperate a part of the energy of oscillations into electrical energy allowing the subsequent possibility to use it by rolling stock. The procedure is based on solving the Lagrange equation for the electromechanical system. The model's features are as follows. The model takes the form of a Cauchy problem, thereby making it possible to use it when simulating the processes of shock absorber operation. Two generalized coordinates have been selected (the charge and displacement of the armature). The components of the Lagrange equation have been identified. Based on the results from magnetic field calculation and subsequent regression analysis, we have derived polynomial dependences of flux linkage derivatives for the current and linear displacement of an armature, which make it possible to identify a generalized mathematical model of the electromechanical shock absorber. The magnetic field calculations, performed by using a finite-element method, have allowed us to derive a digital model of the magnetic field of an electromechanical shock absorber. To obtain its continuous model, a regression analysis of discrete field models has been conducted. When choosing a structure for the approximating model, a possibility to analytically differentiate partial derivatives for all coordinates has been retained. Based on the results from modeling free oscillations, it was established that the maximum module value of current is 0.234 A, voltage – 52.9 V. The process of full damping of oscillations takes about 3 seconds over 4 cycles. Compared to the basic design, the amplitude of armature oscillations and its velocity dropped from 13 to 85 % over the first three cycles, indicating a greater efficiency of electromechanical shock absorber operation in comparison with a hydraulic one. The recuperated energy amounted to 3.3 J, and the scattered energy – 11.5 J., Для запропонованої конструкції електромеханічного амортизатору розроблено методика моделювання динамічних процесів. Такі амортизатори мають можливість рекуперувати частину енергії коливань в електричну енергію з подальшою можливістю її використання на рухомому складі. Методика основана на вирішенні рівняння Лагранжу для електромеханічної системи. Особливості моделі є наступними. Модель має вигляд задачі Коши, який спритний до вживання при моделювання процесів роботи амортизатору. Обрані дві узагальнені координати (заряд та переміщення якорю). Ідентифіковані складові частини рівняння Лагранжу. За результатами розрахунку магнітного поля і подальшого регресійного аналізу отримано поліноміальні залежності похідних потокозчеплення по току і лінійному переміщенню якоря, які дають можливість ідентифікувати узагальнену математичну модель електромеханічного амортизатору. Проведено розрахунки магнітного поля методом скінчених елементів дозволили отримати цифрову модель магнітного поля електромеханічного амортизатору. Для отримання її безперервної моделі проведено регресійний аналізу дискретні моделі поля. Про виборі структури апроксимуючої моделі дотримана можливість аналітичного диференціювання часткових похідних по всіх координатах. За результатами моделювання вільних коливань встановлено, що максимальне по модулю значення струму складає 0,234 А, а напруги – 52,9 В. За близько 3 с. проходить процес повного погашення коливань за 4 періоду. Порівняно з базовою конструкцією амплітуда коливань ходу якоря та його швидкості знизилась від 13 до 85 % за перші три періоди, що свідчить про більшу ефективність роботи електромеханічного амортизатору в порівнянні з гідравлічним. Енергія, що рекуперовано, склала 3,3 Дж, а, що розсіяно – 11,5 Дж, Для предложенной конструкции электромеханического амортизатора разработана методика моделирования динамических процессов. Такие амортизаторы имеют возможность рекуперировать часть энергии колебаний в электрическую энергию с последующей возможностью ее использования на подвижном составе. Методика основана на решении уравнения Лагранжа для электромеханической системы. Особенности модели состоят в следующем. Модель имеет вид задачи Коши, который удобен для моделирования процессов работы амортизатора. Выбраны две обобщенные координаты (заряд и перемещения якоря). Идентифицированы составные части уравнения Лагранжа. По результатам расчета магнитного поля и дальнейшего регрессионного анализа получены полиномиальные зависимости производных потокосцепления по току и линейному перемещению якоря, которые дают возможность идентифицировать математическую модель электромеханического амортизатора. Проведенные расчеты магнитного поля методом конечных элементов позволили получить цифровую модель магнитного поля электромеханического амортизатора. Для получения ее непрерывной модели проведен регрессионный анализ дискретной модели поля. При выборе структуры аппроксимирующей модели соблюдена возможность аналитического дифференцирования частных производных по всем координатам. По результатам моделирования свободных колебаний установлено, что максимальное по модулю значение тока составляет 0,234 А, а напряжения – 52,9 В. Около 3 с. проходит процесс полного погашения колебаний за 4 периода. Сравнительно с базовой конструкцией амплитуда колебаний хода якоря и его скорости снизилась от 13 до 85 % за первые три периода, что свидетельствует о большей эффективности работы электромеханического амортизатора по сравнению с гидравлическим. Энергия, которая рекуперирована, составила 3,3 Дж, а которая рассеяна – 11,5 Дж

A procedure for determining basic estimation parameters has been devised for the proposed structure of the electromechanical shock absorber. The procedure is based on a simplified mathematical model for determining the electromagnetic and electromotive force for the electromechanical shock absorber. Feature of the model is taking into consideration the operational modes of permanent magnet based on the calculation of a magnetic circle. The model devised makes it possible to perform approximate calculation of the shock absorber operational modes and could be used for solving the problem on the optimization of parameters for an electric shock absorber. We have verified adequacy of the constructed simplified mathematical model by comparing the results from calculating the mechanical characteristic for a shock absorber based on the simplified procedure and those obtained using a finite element method in the axial-symmetrical statement of the problem. There is a good match between the results from calculations based on the simplified procedure and from modeling a magnetic field using the method of finite elements. We have determined the geometric relationships between the elements of the structure that ensure the optimal uniform magnetic load on the elements of the magnetic circuit. The problem on the conditional two-criteria optimization of parameters for the electromechanical shock absorber has been stated. We have chosen constraints that are divided into the three following categories. Constraints for a permanent magnet demagnetization that make it possible to maintain operability of the permanent magnet. Constraints for a current density, which ensures the thermal modes in the shock absorber operation. Constraints for assembly and constraints for the parameters of an optimization problem, which enable the arrangement of a structure within the running part of a carriage. It has been proposed to choose the reduced volume of a shock absorber as a criterion, which predetermines the cost of constructing a shock absorber, and its efficiency as a criterion, which predetermines the recuperated energy of oscillations. The parameters were convoluted to a single objective cost function; the weights were defined. We have chosen, as an optimization method, the combined method that includes a genetic algorithm at the preliminary stage of the search. At the final stage of an optimization procedure an optimum is refined by using the Nelder-Mead method. The result from solving the optimization problem on the shock absorber's parameters is the defined optimal geometric dimensions and the number of turns in the winding of the electromechanical shock absorber., Для запропонованої конструкції електромеханічного амортизатору розроблено методика визначення основних розрахункових параметрів. Методика основана на спрощеній математичній моделі по визначенню електромагнітної та електрорушійної сили електромеханічного амортизатору. Особливістю моделі є урахування режимів роботи постійного магніту на основі розрахунку магнітного кола. Створення модель дозволяє проводити приблизний розрахунок режимів роботи амортизатора та може бути використана у вирішенні задачі оптимізації параметрів електроамортизатору. Проведено перевірка адекватності розробленої спрощеної математичної моделі шляхом порівняння результатів розрахунку механічної характеристики амортизатора за спрощеною методикою та методом кінцевих елементів в аксиально-симетричній постановці задачі. Отримано наявне добре співпадіння результатів розрахунків за спрощеною методикою та шляхом моделювання магнітного поля за методом кінцевих елементів. Визначенні геометричні співвідношення між елементами конструкції, які забезпечують оптимальне рівномірне магнітне навантаження в елементах магнітопроводу. Проведена постановка задачі умовної двокритеріальної оптимізації параметрів електромеханічного амортизатору. Обрані обмеження, що поділено на три наступні категорії. Обмеження за розмагніченням постійного магніту, що дозволяють зберегти працездатність постійного магніту. Обмеження за щільністю струму, яке забезпечує теплові режими роботи амортизатору. Компоновачні обмеження та обмеження на параметри задачі оптимізації, що забезпечують розміщення конструкції у ходовій частині візка. Запропоновано у якості критеріїв обрати приведений об’єм амортизатору, що обумовлює затрати на створення амортизатору та його ККД, який обумовлює рекуперовану енергію коливань. Проведено згортку параметрів до єдиної цільової функції затрат та обрані вагові коефіцієнти. У якості метода оптимізації обрано комбінований метод, що включає в себе генетичний алгоритм, на попередньому етапі пошуку. На завершальному етапі оптимізаційної процедури уточнення оптимуму здійснюється методом Нелдера-Міда. За результатами вирішення задачі оптимізації параметрів амортизатору визначені оптимальні геометричні розміри та кількість витків обмотки електромеханічного амортизатору, Для предложенной конструкции электромеханического амортизатора разработана методика определения основных расчетных параметров. Методика основана на упрощенной математической модели по определению электромагнитной и электродвижущей сил электромеханического амортизатора. Особенностью модели является учет режимов работы постоянного магнита на основе расчета магнитной цепи. Созданная модель позволяет проводить приблизительный расчет режимов работы амортизатора и может быть использована в решении задачи оптимизации параметров электроамортизатора. Проведена проверка адекватности разработанной упрощенной математической модели путем сравнения результатов расчета механической характеристики амортизатора по упрощенной методике и методом конечных элементов в аксиально-симметричной постановке задачи. Получены хорошие совпадения результатов расчетов по упрощенной методике и путем моделирования магнитного поля методом конечных элементов. Определены геометрические соотношения между элементами конструкции, которые обеспечивают оптимальные равномерные магнитные нагрузки в элементах магнитопровода. Проведена постановка задачи условной двухкритериальной оптимизации параметров электромеханического амортизатора. Выбранные ограничения разделены на три следующие категории. Ограничения по размагничивания постоянного магнита, позволяющие сохранить работоспособность постоянного магнита. Ограничения по плотности тока, которое обеспечивает тепловые режимы работы амортизатора. Компоновочные ограничения и ограничения на параметры задачи оптимизации, обеспечивающие размещение конструкции в ходовой части тележки. Предложено в качестве критериев выбрать приведенный объем амортизатора, обусловливающий затраты на создание амортизатора, и его КПД, который обусловливает величину рекуперированной энергии колебаний. Проведена свертка параметров к единой целевой функции затрат с выбором весовых коэффициентов. В качестве метода оптимизации выбран комбинированный метод, включающий в себя генетический алгоритм, на начальном этапе поиска. На завершающем этапе оптимизационной процедуры уточнения оптимума осуществляется методом Нелдера-Мида. По результатам решения задачи оптимизации параметров амортизатора определены оптимальные геометрические размеры и количество витков обмотки электромеханического амортизатора

An analysis of tasks on improving energy efficiency of electric traction systems reveals the need for the introduction of new technologies, namely modern rolling stock with a traction asynchronous electric drive, as well as traction substations, based on new technologies. To solve this class of problems, we have defined the need for an integrated simulation model of the electric traction system that would ensure a sufficient level of its reliability.This work reports details of algorithms for calculating the parameters in order to develop a simulation model of the integrated electric traction system of an underground rail system, which consists of electricity supply subsystems, electric drive of rolling stock, and mechanical part of the traction transmission.In the programming environment Matlab/Simulink, based on the known, actual and refined, estimation parameters, we developed a simulation model of the system of traction electric supply to an underground rail with a two-way power to two tracks. We have constructed a simulation model of the modern traction electric drive of the underground rail cars with a vector system to control an asynchronous electric drive and a uni-mass mechanical part, capable of taking into consideration the impact of the coefficient of adhesion.We have compared results from the imitational simulation of dynamic processes with oscillograms for the actual operation modes of an underground rail system, which confirmed the adequacy of the model to the examined object. The correspondence between results obtained from simulation is confirmed by the oscillograms from analysis of voltage and current of the contact network, as well as by characteristics of the traction and braking modes of rolling stock.We have simulated processes of work of the power supply system, a nonstationary regime at deterioration of adhesion conditions, and a recuperative braking mode with energy transferred to other trains.Using the developed model of the integrated system of electric traction would contribute to a more detailed study into the mutual influence of elements in the electric traction system. That would make it possible to improve the efficiency of making technical decisions related to meeting safety requirements, preventing the disruptions of normal operation, and bringing down operating costs, Аналіз задач по підвищенню енергоефективності систем електричної тяги вказує на необхідність впровадження нових технологій, а саме сучасного рухомого складу з тяговим асинхронним електроприводом та тягових підстанцій за новими технологіями. Для вирішення даного класу задач визначено потребу в комплексній імітаційній моделі системи електричної тяги з необхідністю забезпечення достатнього рівня її достовірності.Наведено деталізацію алгоритмів розрахунку параметрів для розробки імітаційної моделі комплексної електричної тягової системи метрополітену, яка складається з підсистем електропостачання, електроприводу рухомого складу і механічної частини тягової передачі.В середовищі Matlab/Simulink на основі відомих реальних і уточнених розрахункових параметрів розроблено імітаційну модель системи тягового електропостачання метрополітену з двостороннім живленням двох шляхів. Розроблена імітаційна модель сучасного тягового електроприводу вагонів метрополітену з векторною системою керування асинхронного електроприводу і одномасовою механічною частиною, що здатна враховувати вплив коефіцієнта зчеплення.Проведене порівняння результатів імітаційного моделювання динамічних процесів з осцилограмами реальних режимів роботи метрополітену підтвердило адекватність моделі досліджуваному об’єкту. Відповідність отриманих шляхом моделювання результатів підтверджується осцилограмами аналізу напруги і струму контактної мережі, а також характеристиками режимів тяги і гальмування рухомого складу.Змодельовані процеси роботи системи електропостачання, нестаціонарного режиму за погіршення умов зчеплення та режиму рекуперативного гальмування з передачею енергії іншим поїздам.Використання розробленої моделі комплексної системи електричної тяги сприятиме більш повному дослідженню взаємного впливу елементів системи електричної тяги. Це дозволить підвищити ефективність прийняття технічних рішень в рамках виконання вимог щодо забезпечення безпеки руху, запобіганню виникнення порушень нормальної роботи та зниженню експлуатаційних витрат, Анализ задач по повышению энергоэффективности систем электрической тяги указывает на необходимость внедрения новых технологий, а именно современного подвижного состава с тяговым асинхронным электроприводом и тяговых подстанций по новым технологиям. Для решения данного класса задач определена потребность в комплексной имитационной модели системы электрической тяги с необходимостью обеспечения достаточного уровня ее достоверности.В работе приведена детализация алгоритмов расчета параметров для разработки имитационной модели комплексной электрической тяговой системы метрополитена, которая состоит из подсистем электроснабжения, электропривода подвижного состава и механической части тяговой передачи.В среде Matlab/Simulink на основе известных реальных и уточненных расчетных параметров разработана имитационная модель системы тягового электроснабжения метрополитена с двусторонним питанием двух путей. Разработана имитационная модель современного тягового электропривода вагонов метрополитена с векторной системой управления асинхронного электропривода и одномассовой механической частью, способной учитывать влияние коэффициента сцепления.Проведено сравнение результатов имитационного моделирования динамических процессов с осциллограммами реальных режимов работы метрополитена, которое подтвердило адекватность модели изучаемому объекту. Соответствие полученных путем моделирования результатов подтверждается осциллограммам анализа напряжения и тока контактной сети, а также характеристиками режимов тяги и торможения подвижного состава.Смоделированы процессы работы системы электроснабжения, нестационарного режима при ухудшении условий сцепления и режима рекуперативного торможения с передачей энергии другим поездам.Использование разработанной модели комплексной системы электрической тяги будет способствовать более полному исследованию взаимного влияния элементов системы электрической тяги. Это позволит повысить эффективность принятия технических решений в рамках выполнения требований по обеспечению безопасности движения, предотвращению возникновения нарушений нормальной работы и снижению эксплуатационных расходов

An analysis of tasks on improving energy efficiency of electric traction systems reveals the need for the introduction of new technologies, namely modern rolling stock with a traction asynchronous electric drive, as well as traction substations, based on new technologies. To solve this class of problems, we have defined the need for an integrated simulation model of the electric traction system that would ensure a sufficient level of its reliability. This work reports details of algorithms for calculating the parameters in order to develop a simulation model of the integrated electric traction system of an underground rail system, which consists of electricity supply subsystems, electric drive of rolling stock, and mechanical part of the traction transmission. In the programming environment Matlab/Simulink, based on the known, actual and refined, estimation parameters, we developed a simulation model of the system of traction electric supply to an underground rail with a two-way power to two tracks. We have constructed a simulation model of the modern traction electric drive of the underground rail cars with a vector system to control an asynchronous electric drive and a uni-mass mechanical part, capable of taking into consideration the impact of the coefficient of adhesion. We have compared results from the imitational simulation of dynamic processes with oscillograms for the actual operation modes of an underground rail system, which confirmed the adequacy of the model to the examined object. The correspondence between results obtained from simulation is confirmed by the oscillograms from analysis of voltage and current of the contact network, as well as by characteristics of the traction and braking modes of rolling stock. We have simulated processes of work of the power supply system, a nonstationary regime at deterioration of adhesion conditions, and a recuperative braking mode with energy transferred to other trains. Using the developed model of the integrated system of electric traction would contribute to a more detailed study into the mutual influence of elements in the electric traction system. That would make it possible to improve the efficiency of making technical decisions related to meeting safety requirements, preventing the disruptions of normal operation, and bringing down operating costs. Аналіз задач по підвищенню енергоефективності систем електричної тяги вказує на необхідність впровадження нових технологій, а саме сучасного рухомого складу з тяговим асинхронним електроприводом та тягових підстанцій за новими технологіями. Для вирішення даного класу задач визначено потребу в комплексній імітаційній моделі системи електричної тяги з необхідністю забезпечення достатнього рівня її достовірності. Наведено деталізацію алгоритмів розрахунку параметрів для розробки імітаційної моделі комплексної електричної тягової системи метрополітену, яка складається з підсистем електропостачання, електроприводу рухомого складу і механічної частини тягової передачі. В середовищі Matlab/Simulink на основі відомих реальних і уточнених розрахункових параметрів розроблено імітаційну модель системи тягового електропостачання метрополітену з двостороннім живленням двох шляхів. Розроблена імітаційна модель сучасного тягового електроприводу вагонів метрополітену з векторною системою керування асинхронного електроприводу і одномасовою механічною частиною, що здатна враховувати вплив коефіцієнта зчеплення. Проведене порівняння результатів імітаційного моделювання динамічних процесів з осцилограмами реальних режимів роботи метрополітену підтвердило адекватність моделі досліджуваному об’єкту. Відповідність отриманих шляхом моделювання результатів підтверджується осцилограмами аналізу напруги і струму контактної мережі, а також характеристиками режимів тяги і гальмування рухомого складу. Змодельовані процеси роботи системи електропостачання, нестаціонарного режиму за погіршення умов зчеплення та режиму рекуперативного гальмування з передачею енергії іншим поїздам. Використання розробленої моделі комплексної системи електричної тяги сприятиме більш повному дослідженню взаємного впливу елементів системи електричної тяги. Це дозволить підвищити ефективність прийняття технічних рішень в рамках виконання вимог щодо забезпечення безпеки руху, запобіганню виникнення порушень нормальної роботи та зниженню експлуатаційних витрат.

Operating modes of the single-phase 4qs transducer with pulse-width modulation as part of the AC electric rolling stock are investigated. The method is developed for determining the PWM parameters, at which the optimum transducer mode in terms of minimizing the reactive power in the “locomotive-traction network” system is implemented.The features of the developed method are the division of the process of determining the optimum PWM parameters into 2 steps. This allows removing unnecessary blocks from the simulation model and reducing the total simulation time. At the first step, the values of the power factor and current of the DC link in the whole range of coefficients of modulation and shift between the network current and the reference sine-wave signal are determined. Further, from the received data array, pairs of values of the PWM parameters, which ensure the highest power factor of the “electric locomotive-traction network” system are allocated and entered into the table system for setting the PWM parameters. At the second step, the dependences of power loss, and, consequently, both the efficiency and total harmonic distortion of the network current on the transducer clock frequency are determined. The determination of power loss is based on the calculation of the energy dissipated for 1 s on the IGBT transistor and snubber resistor depending on instant values of current through them, Досліджено режими роботи однофазного 4qs-перетворювача з широтно-імпульсною модуляцією в складі електрорухомого складу змінного струму. Розроблено методу визначення параметрів ШІМ, при яких реалізується оптимальний за критерієм мінімізації величини реактивної потужності в системі «локомотив – тягова мережа» режим роботи перетворювача.Особливостями запропонованої методи є розділення процесу визначення оптимальних параметрів ШІМ на 2 етапи, що дозволяє видалити з імітаційної моделі непотрібні на даному етапі блоки та зменшити сумарний час моделювання. На першому етапі визначаються значення коефіцієнту потужності та струму ланки постійного струму в усьому діапазоні коефіцієнтів модуляції та зсуву між мережевим струмом та опорним синусоїдальним сигналом. Далі, з отриманого масиву даних виділяються пари значень параметрів ШІМ, за яких реалізується найвищій коефіцієнт потужності системи «електровоз – тягова мережа», та заносяться до табличною системи завдання параметрів ШІМ. На другому етапі визначається залежності електричних втрат, а, отже, й ККД, та коефіцієнту нелінійних спотворювань мережевого струму від тактової частоти перетворювачі. Визначення електричних втрат ґрунтується на обчисленні енергії, що була розсіяна протягом 1 с на IGBT-транзисторі та снаберному резисторі в залежності від миттєвих значень струму через них.Для знаходження параметрів ШІМ за наведеною методою розроблено імітаційну модель 4qs-перетворювача, проведено ідентифікацію параметрів ШІМ перетворювача електровозу для тестової задачі. Визначено, що енергетичні показники перетворювача залежать нелінійно від трьох керуючих величин, що є параметрами ШІМ: коефіцієнту модуляції, зсуву між мережевим струмом та опорним синусоїдальним сигналом, та тактовою частоти ШІМ.Визначено, що перетворювач з ідентифікованими параметрами ШІМ забезпечує одиничний коефіцієнт потужності тягової мережі при навантаженні більше 10 % від номінального в режимах тяги та рекуперативного гальмування.Отримано залежність електричних втрат перетворювача та коефіцієнту нелінійних спотворень в тяговій мережі від тактової частоти ШІМ. Визначено, що раціональне значення тактової частоти лежить в інтервалі 900…2000 Гц, при цьому ККД перетворювача досягає 98…95 %, коефіцієнт нелінійних спотворень складає 12…5 %. Визначено, що виключення з силового кола снаберної ланки може суттєво зменшити сумарні електричні втрати. Встановлено, що втрати на паразитних опорах фільтрів незначні, тому їх можна не враховувати в загальному балансі втрат, Исследованы режимы работы однофазного 4qs-преобразователя с широтно-импульсной модуляцией в составе электроподвижного состава переменного тока. Разработана методика определения параметров ШИМ, при которых реализуется оптимальный по критерию минимизации величины реактивной мощности в системе «локомотив - тяговая сеть» режим работы преобразователя.Особенностями разработанной методики является разделение процесса определения оптимальных параметров ШИМ на 2 этапа, это позволяет удалить из имитационной модели ненужные на данном этапе блоки и уменьшить суммарное время моделирования. На первом этапе определяются значения коэффициента мощности и тока звена постоянного тока во всем диапазоне коэффициентов модуляции и сдвига между сетевым током и опорным синусоидальным сигналом. Далее, из полученного массива данных выделяются пары значений параметров ШИМ, при которых реализуется наибольший коэффициент мощности системы «электровоз - тяговая сеть», и заносятся в табличную системы задания параметров ШИМ. На втором этапе определяется зависимости электрических потерь, а, следовательно, и КПД, и коэффициента нелинейных искажений сетевого тока от тактовой частоты преобразователи. Определение электрических потерь основывается на вычислении энергии, которая была рассеяна в течение 1 с на IGBT-транзисторе и снабберном резисторе в зависимости от мгновенных значений тока через них

The operating modes of the single-phase active current-source rectifier in the case of rectangular-stepped pulse-width modulation and load in the form of DC traction motor are investigated. The single-phase bridge rectifier circuit with a discharge diode is considered. The mathematical model of the rectifier is developed and the main ratios for pulse-width modulation with rectangular-stepped modulating signal are determined. On the computer model, electromagnetic processes at three modulation frequencies (900, 1,200, 1,800 Hz) are studied. The features of the effect of the modulation depth and frequency on the rectifier power factor and the total harmonic voltage and current distortion in the mains supply are determined.The DC motor for today remains the main type of the traction motor of the 25 kV, 50 Hz AC mainline electric locomotives of alternating current in Ukraine and in some other countries. To power such motors, diode or thyristor rectifiers are used. At the same time, it is known that converters on fully controlled semiconductor devices provide higher power efficiency.The studies allow determining what values of modulation frequency and depth provide a high power factor (more than 0.9) and minimum total harmonic voltage and current distortion distortions in the mains supply. This allows finding rational approaches to the selection of power circuits and control algorithms for active converters in the traction electric drive of electric locomotives. The efficiency of increasing the power factor and reducing the total harmonic voltage and current distortion can be achieved, first of all, by reducing the power consumption for traction of trains.According to the set of selected comparison criteria, the active current-source rectifier with a modulation frequency of 1,200 Hz is the most suitable for implementation in the traction electric drive of the electric locomotive. Provision of high power characteristics in a wide range of traction loads can be achieved in the multi-zone circuit of such a converter., Досліджено режими роботи однофазного активного випрямляча струму у випадку широтно-імпульсної модуляції по прямокутно-ступінчатому закону і навантаження у вигляді тягового двигуна постійного струму. Розглянуто однофазну мостову схему випрямляча з розрядним діодом. Розроблено математичну модель випрямляча і визначено основні розрахункові співвідношення для широтно-імпульсної модуляції при прямокутно-ступінчатій формі модуляційного сигналу. На комп’ютерній моделі досліджено електромагнітні процеси при трьох значеннях частоти модуляції (900, 1200, 1800 Гц). Встановлено особливості впливу глибини і частоти модуляції на коефіцієнт потужності випрямляча і ступінь спотворення синусоїдальності форми кривих напруги та струму в мережі живлення.Двигун постійного струму на сьогодні залишається основним типом тягового двигуна магістральних електровозів змінного струму напругою 25 кВ, 50 Гц в Україні та в ряді інших країн. Для живлення таких двигунів як правило застосовують випрямлячі на діодах або тиристорах. Разом с тим відомо, що перетворювачі на повністю керованих напівпровідникових приладах забезпечують більш високу енергетичну ефективність.Проведені дослідження дозволили встановити, при яких значеннях частоти і глибини модуляції забезпечується високий коефіцієнт потужності (більше 0,9) і мінімальні спотворення синусоїдальності форми напруги і струму в мережі живлення. Це дозволяє визначити раціональні підходи до вибору силових схем и алгоритмів управління активними перетворювачами в тяговому електроприводі електровозів. Ефективність підвищення коефіцієнта потужності і зменшення несинусоїдальності напруги та струму полягає, насамперед, в зниженні витрат електроенергії на тягу поїздів.За сукупністю обраних критеріїв порівняння найбільш прийнятним для реалізації в тяговому електроприводі електровоза є активний випрямляч струму з частотою модуляції 1200 Гц. Забезпечення високих енергетичних характеристик в широкому діапазоні тягових навантажень може бути досягнуто в багатозонній схемі такого перетворювача, Исследованы режимы работы однофазного активного выпрямителя тока в случае широтно-импульсной модуляции по прямоугольно-ступенчатому закону и нагрузки в виде тягового двигателя постоянного тока. Рассмотрена однофазная мостовая схема выпрямителя с разрядным диодом. Разработана математическая модель выпрямителя и определены основные расчетные соотношения для широтно-импульсной модуляции с прямоугольно-ступенчатой формой модулирующего сигнала. На компьютерной модели исследованы электромагнитные процессы при трех значениях частоты модуляции (900, 1200, 1800 Гц). Установлены особенности влияния глубины и частоты модуляции на коэффициент мощности выпрямителя и степень искажения синусоидальности формы кривых напряжения и тока в питающей сети.Двигатель постоянного тока на сегодня остается основным типом тягового двигателя магистральных электровозов переменного тока напряжением 25 кВ, 50 Гц в Украине и в ряде других стран. Для питания таких двигателей обычно применяют диодные или тиристорные выпрямители. Вместе с тем известно, что преобразователи на полностью управляемых полупроводниковых приборах обеспечивают более высокую энергетическую эффективность.Проведенные исследования позволили установить, при каких значениях частоты и глубины модуляции обеспечивается высокий коэффициент мощности (более 0,9) и минимальные искажения синусоидальности формы напряжения и тока в питающей сети. Это позволяет определить рациональные подходы к выбору силовых схем и алгоритмов управления активными преобразователями в тяговом электроприводе электровозов. Эффективность повышения коэффициента мощности и уменьшения несинусоидальности напряжения и тока заключается, прежде всего, в снижении расхода электроэнергии на тягу поездов.По совокупности выбранных критериев сравнения наиболее приемлемым для реализации в тяговом электроприводе электровоза представляется активный выпрямитель тока с частотой модуляции 1200 Гц. Обеспечение высоких энергетических характеристик в широком диапазоне тяговых нагрузок может быть достигнуто в многозонной схеме такого преобразователя

We have studied the valve-inductor drive for its application as a traction motor in a hybrid locomotive. We identifying parameters of the valve-inductor engine and built its simulation model based on a Lagrange equation. The model constructed makes it possible to take into consideration non-linearity of the engine. We have synthesized a modal speed controller and a controller based on fuzzy logic for the valve-inductor drive of a hybrid locomotive. The operation of two types of controllers was analyzed in terms of their influence on the basic quality indicators of control; it was found that the fuzzy controller was better at processing the set value of input magnitude. We have designed a simulation model of the traction valve-inductor drive of a hybrid locomotive with a fuzzy speed controller, and studied its work along a railroad section with actual profile and limitations.Control systems based on a modal controller and fuzzy logic were synthesized. It is established that the modal controller has the following quality indicators: maximal overshoot – 12.27 %, re-adjustment time – 5.08 s, number of oscillations – 2. For the FPID-controller, the quality indicators are: 3.75 %, 3.01 s, and 1, respectively. Thus, on analyzing the quality of their operation, it was found that the best indicators were demonstrated by the FPID- controller.The built physical model of the valve-inductor drive, specifically the system wheelset-engine with a control system that employs the fuzzy algorithm of speed regulation, confirms the feasibility of a fuzzy controller., Ідентифіковано параметри вентильно-індукторного двигуна та створена його імітаційна модель. Синтезовано модальний регулятор швидкості та регулятор на базі нечіткої логіки. Проаналізовано роботу двох типів регуляторів на основні показники якості регулювання. За результатами аналізу встановлено, що нечіткий регулятор більш точно відпрацьовує регульовану величину, Идентифицированы параметры вентильно-индукторного двигателя и создана его имитационная модель. Синтезирован модальный регулятор скорости и регулятор на базе нечеткой логики. Проанализирована работа двух типов регуляторов на основные показатели качества регулирования. По результатам анализа установлено, что нечеткий регулятор более точно отрабатывает регулируемую величину

The operating modes of the single-phase active current-source rectifier in the case of rectangular-stepped pulse-width modulation and load in the form of DC traction motor are investigated. The single-phase bridge rectifier circuit with a discharge diode is considered. The mathematical model of the rectifier is developed and the main ratios for pulse-width modulation with rectangular-stepped modulating signal are determined. On the computer model, electromagnetic processes at three modulation frequencies (900, 1,200, 1,800 Hz) are studied. The features of the effect of the modulation depth and frequency on the rectifier power factor and the total harmonic voltage and current distortion in the mains supply are determined. The DC motor for today remains the main type of the traction motor of the 25 kV, 50 Hz AC mainline electric locomotives of alternating current in Ukraine and in some other countries. To power such motors, diode or thyristor rectifiers are used. At the same time, it is known that converters on fully controlled semiconductor devices provide higher power efficiency. The studies allow determining what values of modulation frequency and depth provide a high power factor (more than 0.9) and minimum total harmonic voltage and current distortion distortions in the mains supply. This allows finding rational approaches to the selection of power circuits and control algorithms for active converters in the traction electric drive of electric locomotives. The efficiency of increasing the power factor and reducing the total harmonic voltage and current distortion can be achieved, first of all, by reducing the power consumption for traction of trains. According to the set of selected comparison criteria, the active current-source rectifier with a modulation frequency of 1,200 Hz is the most suitable for implementation in the traction electric drive of the electric locomotive. Provision of high power characteristics in a wide range of traction loads can be achieved in the multi-zone circuit of such a converter. Дослiджено режими роботи однофазного активного випрямляча струму у випадку широтно-iмпульсної модуляцiї по прямокутно-ступiнчатому закону i навантаження у виглядi тягового двигуна постiйного струму. Розглянуто однофазну мостову схему випрямляча з розрядним дiодом. Розроблено математичну модель випрямляча i визначено основнi розрахунковi спiввiдношення для широтно-iмпульсної модуляцiї при прямокутно-ступiнчатiй формi модуляцiйного сигналу. На комп’ютернiй моделi дослiджено електромагнiтнi процеси при трьох значеннях частоти модуляцiї (900, 1200, 1800 Гц). Встановлено особливостi впливу глибини i частоти модуляцiї на коефiцiєнт потужностi випрямляча i ступiнь спотворення синусоїдальностi форми кривих напруги та струму в мережi живлення. Двигун постiйного струму на сьогоднi залишається основним типом тягового двигуна магiстральних електровозiв змiнного струму напругою 25 кВ, 50 Гц в Українi та в рядi iнших країн. Для живлення таких двигунiв як правило застосовують випрямлячi на дiодах або тиристорах. Разом з тим вiдомо, що перетворювачi на повнiстю керованих напiвпровiдникових приладах забезпечують бiльш високу енергетичну ефективнiсть. Проведенi дослiдження дозволили встановити, при яких значеннях частоти i глибини модуляцiї забезпечується високий коефiцiєнт потужностi (бiльше 0,9) i мiнiмальнi спотворення синусоїдальностi форми напруги i струму в мережi живлення. Це дозволяє визначити рацiональнi пiдходи до вибору силових схем i алгоритмiв управлiння активними перетворювачами в тяговому електроприводi електровозiв. Ефективнiсть пiдвищення коефiцiєнта потужностi i зменшення несинусоїдальностi напруги та струму полягає, насамперед, в зниженнi витрат електроенергiї на тягу поїздiв. За сукупнiстю обраних критерiїв порiвняння найбiльш прийнятним для реалiзацiї в тяговому електроприводi електровоза є активний випрямляч струму з частотою модуляцiї 1200 Гц. Забезпечення високих енергетичних характеристик в широкому дiапазонi тягових навантажень може бути досягнуто в багатозоннiй схемi такого перетворювача.

Оптимизированы режимы работы тягового асинхронного привода тепловоза по критерию эффективности. Идентифицированы оптимальные режимы управления автономного инвертора напряжения при различных температурах обмоток тяговых двигателей. Проанализированы оптимальные режимы работы тягового привода тепловоза и трамвая, что позволило установить различия расположения точки перехода с пространственно-векторной к однократной ШИМ от температуры двигателя, Оптимізовано режими роботи тягового асинхронного приводу тепловоза за критерієм ефективності. Ідентифіковано оптимальні режими керування автономного інвертору напруги при різних температурах обмоток тягових двигунів. Проаналізовано оптимальні режими роботи тягового приводу тепловоза та трамваю, що дозволило встановити відмінності розташування точки переходу з просторово-векторної до однократної ШІМ від температури двигуна, The study addresses determining optimal operating modes of the induction traction drive. We identified optimal operating modes of the autonomous voltage inverter at different temperatures of windings of the traction motors for a tram carriage and a diesel locomotive.The identification is carried out of optimal parameters in the operating modes of autonomous voltage inverter of the traction drive of a tram and a diesel locomotive. We obtained dependences of performance efficiency and electromagnetic torque of the induction traction motor on the rotation frequency and temperature of the windings for the following modes: acceleration, recuperative braking, and maintaining preset speed.We determined operating modes of induction traction drive of the tram Tatra T3 VPA and the diesel locomotive 2TE25A over the entire range of motors' rotation frequency at spatial-vector and one-time pulse-width modulation of the semiconductor inverter for different values of temperature of the motor's windings. A technique was devised for this purpose, which is based on solving a problem on the optimization of parameters of the traction drive using a combined method that employs genetic algorithms and the Nelder–Mead method.It was established that dependences of change in the transition point from the spatial-vector to the one-time PWM on the temperature of traction motor for a tram and a diesel locomotive are not similar. Different level of the location of this point is predetermined by the different load in magnetic circle of the motor, by different level of saturation coefficient. The difference in saturation coefficient is 0.15‒0.4 r.u.

We developed a procedure for the optimization of thermal modes and parameters of the cooling system of induction traction engines of tram carriages. The procedure includes the following basic steps. The optimization of operating modes of an induction traction drive by the criterion of effectiveness of its work under different modes. The optimization of motion modes of a tram carriage along a track section with the assigned motion schedule and profile based on the curves of the motion of a tram carriage, optimal by the criterion of energy consumption, using the method of Hamilton-Jacobi-Bellman. The optimization of parameters of the cooling fan of traction engines by the criterion of efficiency of a cooling system using the Weyl method by the generalized golden section. It is proposed to conduct determining of operating modes of a traction drive in advance based on the solution to the problem of conditional optimization of its modes. In order to determine the optimal operating modes of a traction drive, we selected a combined method: global search is executed by genetic algorithm with a one-point crossover and by selection on the principle of roulette. At the final stage of an optimization procedure, optimum refining is carried out using the Nelder–Mead method. When a tram carriage moved along a track section, we defined the following. We determined the optimal modes of motion of the tram carriage T-3 VPA with induction traction engines for a track section with the assigned motion schedule. It was found that, compared with the basic design, efficiency of the cooling system increased by 27.6 %, which corresponds to a reduction in the proposed criterion of efficiency. Based on the results of modeling a traction engine with an optimal fan, it was established that the largest overheating is observed in the frontal part of the stator winding. The temperature is 139.6 °C at second 3363 from starting the motion and it does not exceed a permissible value of 140 °C., Розроблено методику оптимізації теплових режимів та параметрів системи охолодження асинхронних тягових двигунів трамваїв. Оптимізовано режими роботи за критерієм ефективності. Режими руху за встановленим графіком та профілем на ділянці колії оптимізовано за критерієм витрат енергії методом Гамільтона-Якобі-Беллмана. Оптимізовано параметри вентилятора тягових двигунів за критерієм ефективності системи охолодження методом Вейля, Разработана методика оптимизации тепловых режимов и параметров системы охлаждения асинхронных тяговых двигателей трамваев. Оптимизированы режимы работы по критерию эффективности. Режимы движения по установленному графику и профилю на участке пути оптимизированы по критерию расхода энергии методом Гамильтона-Якоби-Беллмана. Оптимизированы параметры вентилятора тяговых двигателей по критерию эффективности системы охлаждения методом Вейля