Search

An important part of the overall task of social and economic development of many developed countries is the creation of a unique transport infrastructure or improvement of transport services for the population. The cumulative solution to many problems is to improve the quality and reliability of elements and equipment in any vehicle design. This determines its efficient operation and the safety of passengers. A common urban electric transport in megacities is a trolleybus, the reliability of which depends on individual components and assemblies, power supply systems and traffic control. But this type of transport requires modern scientific and technical solutions for the design of individual components and assemblies, for example, steering, which is directly related to the safe and comfortable transportation of passengers. An innovative technical solution has been proposed that will increase the energy efficiency of the trolleybus steering system through the use of an electric power steering based on a rolling rotor electric motor. The analysis of the design is carried out and the principle of control of the rolling rotor motor is determined. Functional diagrams of the components of the trolleybus steering system with an electric power steering based on a rolling rotor motor are developed. The electromagnetic and mechanical connections of the motor with the rolling rotor are determined and mathematically described. Factors affecting the steering system when turning the steered wheels are reasoned. A mathematical model of a trolleybus steering system with an electric booster based on an electric rolling rotor motor has been developed. The mathematical model is based on the differential equations of the electrical and mechanical parts. Algebraic equations were used to characterize the electromagnetic connections of the rolling rotor motor. The proposed solution will allow simulating dynamic processes in the trolleybus steering system and evaluating the results. Determination of the efficiency of the steering system was carried out by comparative analysis of the following factors: the control action created by the driver, the condition of the road surface, dynamic and transient electromechanical processes of the system, and the like

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 %

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

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.

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