05.22.09 "Електротранспорт"
Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/19872
Переглянути
Документ Розвиток ресурсозберігаючих технологій раціонального струмознімання на міському електротранспорті(Харківський національний університет міського господарства ім. О. М. Бекетова, 2015) Скуріхін, Владислав ІгоровичДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.09 – електротранспорт; Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2015 р. Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної науково-практичної задачі – розвитку ресурсозберігаючих технологій раціонального струмознімання на міському електротранспорті за рахунок застосування в системі струмознімання альтернативних матеріалів і удосконаленої конструкції сталеалюмінієвого контактного проводу. Проведено математичне моделювання процесів зношування деталей та вузлів транспортних засобів. Досліджено процеси, які відбуваються в контакті "струмоприймач-контактний провід" та доведено можливість застосування перспективного контактного проводу в контактній мережі міського електротранспорту. Розроблено конструкцію пристрою для фізичного моделювання основних параметрів струмознімання для випробування контактних проводів і струмоприймачів різних конструкцій.Документ Синтез комбінованої системи нахилу кузова швидкісного електричного рухомого складу(НТУ "ХПІ", 2016) Єріцян, Багіш ХачиковичДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.09 – електротранспорт; Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2016 р. Вирішена науково-практична задача синтезу комбінованої електромеханічної та пневматичної системи нахилу кузова швидкісного електрорухомого складу для колії 1520 мм, яка дозволила встановити оптимальні параметри лінійного двигуна та вимоги до вибору елементної бази напівпровідникового перетворювача (типи ключів та діодів), параметрів та типів балонів пневморесор. Запропоновано для нахилу кузова застосовувати комбіновану систему, що складається з лінійного двигуна і регульованого пневмопідвішування другого ступеня. Нахил кузова на кут до 5 ° забезпечується за рахунок електромеханічного приводу, що має більшу швидкодію, при великих кутах нахил проводиться за рахунок спільної дії електромеханічного і пневматичного приводів.Документ Улучшение электромагнитной совместимости тяговой подстанции постоянного тока с контактной сетью(Украинский государственный университет железнодорожного транспорта, 2016) Панченко, Владислав ВадимовичДиссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.09 – электротранспорт. – Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", Харьков, 2016г. Диссертация посвящена улучшению показателей качества электрической энергии в контактной сети постоянного тока путем использования выпрямительной установки с вольтодобавочным преобразователем с двухсторонней широтно-импульсной модуляцией. Это касается анализа электромагнитной совместимости выпрямительной установки с контактной сетью и поиска оптимального технического способа ее улучшения. Для выбранной структуры выпрямительной установки с вольтодобавочным преобразователем были идентифицированы ее статические и динамические характеристики. Для решения проблемы негативного влияния высших гармоник выпрямленного напряжения на смежные электроустановки, предложенная выпрямительная установка была включена в состав замкнутой системы автоматического регулирования. Впервые был выполнен синтез передаточной функции регулятора напряжения системы автоматического регулирования выпрямительной установки с вольтодобавочным преобразователем с двухсторонней ШИМ. Выполнен анализ переходного процесса в САР выходного напряжения вольтодобавочного преобразователя с двусторонней ШИМ. Показано, что представление вольтодобавочного преобразователя в виде непрерывного звена позволяет реализовать переходный процесс близкий к процессу конечной длительности. Полученные теоретические предпосылки были подтверждены экспериментально на имитационных моделях. Все предложенные решения и подходы подчинены основной цели работы и способствуют улучшению электромагнитной совместимости устройств электроснабжения и электротранспорта.Документ Синтез комбінованої системи нахилу кузова швидкісного електричного рухомого складу(НТУ "ХПІ", 2016) Єріцян, Багіш ХачиковичДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.09 – електротранспорт; Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2016 р. Вирішена науково-практична задача синтезу комбінованої електромеханічної та пневматичної системи нахилу кузова швидкісного електрорухомого складу для колії 1520 мм, яка дозволила встановити оптимальні параметри лінійного двигуна та вимоги до вибору елементної бази напівпровідникового перетворювача (типи ключів та діодів), параметрів та типів балонів пневморесор. Запропоновано для нахилу кузова застосовувати комбіновану систему, що складається з лінійного двигуна і регульованого пневмопідвішування другого ступеня. Нахил кузова на кут до 5 ° забезпечується за рахунок електромеханічного приводу, що має більшу швидкодію, при великих кутах нахил проводиться за рахунок спільної дії електромеханічного і пневматичного приводів.Документ Удосконалення технології діагностування стану тягового асинхронного електроприводу рухомого складу(НТУ "ХПІ", 2016) Ващенко, Ярослав ВасильовичДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.09 – електротранспорт. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2016 р. Дисертація присвячена вирішенню науково-технічної задачі по удосконаленню технології діагностування стану тягового асинхронного електроприводу рухомого складу на основі застосування діагностичних ознак, що свідчили б про настання аварійних режимів, а також розробці технологій, методів та алгоритмів, що дозволили б виявляти та упереджувати подальший розвиток таких режимів. Для виконання досліджень розроблені комп'ютерні математичні імітаційні моделі тягового асинхронного електроприводу, в яких враховуються особливості аварійних режимів в залежності від системи управління, насичення магнітного кола асинхронного двигуна та ін. Виконано експериментальне підтвердження адекватності розроблених імітаційних моделей з реальним тяговим приводом для рухомого складу. На основі розроблених моделей досліджено електромагнітні процеси, що відбуваються в аварійних режимах, що дозволило якісно та кількісно їх оцінити, а також визначити придатні для діагностування характерні ознаки. Розроблено технології діагностування на основі гармонічного аналізу сигналу та на основі математичної моделі об'єкту, проведено комп'ютерну перевірку та підтверджено ефективність роботи таких методів. Для здійснення автоматизації прийняття рішення використано моделювання математичного алгоритму штучних нейромереж.Документ Удосконалення технології діагностування стану тягового асинхронного електроприводу рухомого складу(Український державний університет залізничного транспорту, 2016) Ващенко, Ярослав ВасильовичДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.09 – електротранспорт. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2016 р. Дисертація присвячена вирішенню науково-технічної задачі по удосконаленню технології діагностування стану тягового асинхронного електроприводу рухомого складу на основі застосування діагностичних ознак, що свідчили б про настання аварійних режимів, а також розробці технологій, методів та алгоритмів, що дозволили б виявляти та упереджувати подальший розвиток таких режимів. Для виконання досліджень розроблені комп'ютерні математичні імітаційні моделі тягового асинхронного електроприводу, в яких враховуються особливості аварійних режимів в залежності від системи управління, насичення магнітного кола асинхронного двигуна та ін. Виконано експериментальне підтвердження адекватності розроблених імітаційних моделей з реальним тяговим приводом для рухомого складу. На основі розроблених моделей досліджено електромагнітні процеси, що відбуваються в аварійних режимах, що дозволило якісно та кількісно їх оцінити, а також визначити придатні для діагностування характерні ознаки. Розроблено технології діагностування на основі гармонічного аналізу сигналу та на основі математичної моделі об'єкту, проведено комп'ютерну перевірку та підтверджено ефективність роботи таких методів. Для здійснення автоматизації прийняття рішення використано моделювання математичного алгоритму штучних нейромереж.Документ Покращення електромагнітної сумісності тягової підстанції постійного струму з контактною мережею(НТУ "ХПІ", 2016) Панченко, Владислав ВадимовичДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.09 – електротранспорт. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2016 р. Дисертація присвячена покращенню показників якості електричної енергії в контактній мережі постійного струму шляхом застосування випрямляючої установки з вольтододавальним перетворювачем з двохсторонньою широтно-імпульсною моуляцією. Це стосується аналізу електромагнітної сумісності випрямляючої установки з контактною мережею та пошуку оптимального технічного засобу її покращення. Для обраної структури випрямляючої установки з вольтододавальним перетворювачем були ідентифіковані її статичні і динамічні характеристики. Вперше була отримана імпульсна модель випрямляючої установки з двохсторонньою широтно-імпульсною модуляцією, визначені величини факторів пульсацій. Для вирішення проблеми негативного впливу вищих гармонік випрямленої напруги на суміжні електроустановки, запропонована випрямляюча установка була включена до складу замкнутої системи автоматичного регулювання. Вперше був виконаний синтез передавальної функції регулятора напруги системи автоматичного регулювання випрямляючої установки з вольтододавальним перетворювача з двохсторонньою ШІМ. Отримані теоретичні положення були підтверджені експериментально на імітаційних моделях. Усі запропоновані підходи і рішення підпорядковані основній меті роботи і сприяють покращенню електромагнітної сумісності пристроїв електропостачання та електротранспорту.Документ Розвиток ресурсозберігаючих технологій раціонального струмознімання на міському електротранспорті(Харківський національний університет міського господарства ім. О. М. Бекетова, 2016) Скуріхін, Владислав ІгоровичДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.09 – електротранспорт; Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2015 р. Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної науково-практичної задачі – розвитку ресурсозберігаючих технологій раціонального струмознімання на міському електротранспорті за рахунок застосування в системі струмознімання альтернативних матеріалів і удосконаленої конструкції сталеалюмінієвого контактного проводу. Проведено математичне моделювання процесів зношування деталей та вузлів транспортних засобів. Досліджено процеси, які відбуваються в контакті "струмоприймач-контактний провід" та доведено можливість застосування перспективного контактного проводу в контактній мережі міського електротранспорту. Розроблено конструкцію пристрою для фізичного моделювання основних параметрів струмознімання для випробування контактних проводів і струмоприймачів різних конструкцій.Документ Наукові основи вибору електроприводів стрілочних переводів для швидкісних та високошвидкісних залізниць(Український державний университет залізничного транспорту, 2017) Буряковський, Сергій ГеннадійовичДисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.22.09 – "Електротранспорт". Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2017. Дисертація присвячена створенню теоретичних основ вибору та оцінки типу електроприводів стрілочних переводів, що працюють в оптимальних режимах з урахуванням нелінійностей навантаження та електрофізичних властивостей двигунів, на основі рішення задачі мінімізації основних показників якості як: час переводу, величина імпульсу удару гостряка об рамну рейку, величина пружної сили в робочій тязі, а також величина загальних втрат в системі. Запропоновано узагальнений векторний критерій ефективності роботи електроприводу стрілочного переводу, компонентами якого є час переводу, величини імпульсу удару гостряка, пружної сили, а також загальних втрат потужності системи за яким проведено оцінку придатності використання конкретного типу переводу для ділянок швидкісного та високошвидкісного руху. Розглянуто існуючі кінематичні схеми з типовими двигунами, а також запропоновано використати перспективну – шпальну компоновку з новими типами електродвигунів ротаційного та лінійного виду. Розроблено математичні моделі для існуючих та перспективних типів стрілочних переводів на базі двигунів ротативного і лінійного типів, що основані на рішенні рівняння Лагранжа для електромеханічної системи з урахуванням нелінійності магнітної системи. Створені імітаційні моделі електроприводів стрілочних переводів в середовищі MATLAB SIMULINK на базі двигуна постійного струму (ДПС), асинхронного двигуна (АД), вентильно-індукторного двигуна (ВІД), лінійного двигуна електромагнітного типу (ЛДЕМТ) і лінійного індуктор-ного двигуна (ЛІД) та проведена перевірка адекватності існуючим зразкам. Сформульовано задачу аналізу з визначення раціональної структури електроприводу стрілочного переводу на основі ДПС, АД, ВІД, ЛДЕМТ і ЛІД.Документ Наукові основи вибору електроприводів стрілочних переводів для швидкісних та високошвидкісних залізниць(НТУ "ХПІ", 2017) Буряковський, Сергій ГеннадійовичДисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.22.09 – "Електротранспорт". Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2017. Дисертація присвячена створенню теоретичних основ вибору та оцінки типу електроприводів стрілочних переводів, що працюють в оптимальних режимах з урахуванням нелінійностей навантаження та електрофізичних властивостей двигунів, на основі рішення задачі мінімізації основних показників якості як: час переводу, величина імпульсу удару гостряка об рамну рейку, величина пружної сили в робочій тязі, а також величина загальних втрат в системі. Запропоновано узагальнений векторний критерій ефективності роботи електроприводу стрілочного переводу, компонентами якого є час переводу, величини імпульсу удару гостряка, пружної сили, а також загальних втрат потужності системи за яким проведено оцінку придатності використання конкретного типу переводу для ділянок швидкісного та високошвидкісного руху. Розглянуто існуючі кінематичні схеми з типовими двигунами, а також запропоновано використати перспективну – шпальну компоновку з новими типами електродвигунів ротаційного та лінійного виду. Розроблено математичні моделі для існуючих та перспективних типів стрілочних переводів на базі двигунів ротативного і лінійного типів, що основані на рішенні рівняння Лагранжа для електромеханічної системи з урахуванням нелінійності магнітної системи. Створені імітаційні моделі електроприводів стрілочних переводів в середовищі MATLAB SIMULINK на базі двигуна постійного струму (ДПС), асинхронного двигуна (АД), вентильно-індукторного двигуна (ВІД), лінійного двигуна електромагнітного типу (ЛДЕМТ) і лінійного індуктор-ного двигуна (ЛІД) та проведена перевірка адекватності існуючим зразкам. Сформульовано задачу аналізу з визначення раціональної структури електроприводу стрілочного переводу на основі ДПС, АД, ВІД, ЛДЕМТ і ЛІД.Документ Наукові основи вибору оптимальних параметрів та режимів роботи систем охолодження асинхронних тягових двигунів електротранспорту(НТУ "ХПІ", 2018) Петренко, Олександр МиколайовичДисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.22.09 "Електротранспорт" - Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" МОН України, Харків, 2018. Дисертація присвячена створенню наукових основ щодо вибору оптимальних параметрів та режимів роботи систем охолодження асинхронних тягових двигунів електротранспорту. Розроблений алгоритм рішення рівняння Гамільтона-Якобі-Беллмана для задачі руху електрорухомого складу на ділянці шляху із заданим профілем і графіком руху, що дозволяє створити експертну систему управління рухом. Особливостями цього алгоритму є застосування штрафних функцій для опису обмежень, що накладаються графіком руху: досягнення потягом кінцевого пункту за заданий час руху, обмеження швидкості на ділянках шляху, а також відсутність простоїв потягу в процесі руху. Єдиний підхід штрафних функцій застосований також для введення обмежень по зчепленню. Такий підхід дозволяє значно понизити витрати розрахункового часу і спростити процедури розрахунку витрат енергії. Створена математична модель для визначення ефективності тягового приводу. Модель включає в себе визначення основних втрат у асинхронного тягового двигуна з урахуванням насичення магнітної системи, що визначається за результатами вирішення рекурентного нелінійного рівняння. Також у моделі враховані втрати від вищих гармонік напруги в міді та сталі, а також механічні та додаткові втрати. В розробленій моделі враховуються статичні та динамічні втрати у IGBT транзисторах та діодах напівпровідникового перетворювача. Розроблено метод оптимізації параметрів та режимів роботи систем охолодження асинхронних тягових двигунів електрорухомого складу, якій складається з наступних основних етапів: визначення оптимальних режимів роботи тягового приводу на основі запропонованого виразу ефективності тягового приводу; визначення оптимальних режимів руху електрорухомого складу за критерієм мінімуму витрат; вирішення тягової задачі руху на ділянці колії с заданим графіком руху та профілем колії, а також визначенням залежності зміни втрат в елементах тягового двигуна за часом; вибору параметрів та режимів роботи систем охолодження тягових двигунів, які обумовлюють ефективність системи охолодження та вентиляції електрорухомого складу; вирішення задачі умовної мінімізації системи охолодження тягового двигуна за модернізованим критерієм економічної ефективності на основі методу Вейля за узагальненим золотим перетином та задачі аналізу системи вентиляції і охолодження тягових двигунів, яка створена на базі математичної моделі теплових режимів двигуна за узагальненою еквівалентною тепловою схемою.Документ Наукові основи вибору оптимальних параметрів та режимів роботи систем охолодження асинхронних тягових двигунів електротранспорту(НТУ "ХПІ", 2018) Петренко, Олександр МиколайовичДисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.22.09 "Електротранспорт" - Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" МОН України, Харків, 2018. Дисертація присвячена створенню наукових основ щодо вибору оптимальних параметрів та режимів роботи систем охолодження асинхронних тягових двигунів електротранспорту. Розроблений алгоритм рішення рівняння Гамільтона-Якобі-Беллмана для задачі руху електрорухомого складу на ділянці шляху із заданим профілем і графіком руху, що дозволяє створити експертну систему управління рухом. Особливостями цього алгоритму є застосування штрафних функцій для опису обмежень, що накладаються графіком руху: досягнення потягом кінцевого пункту за заданий час руху, обмеження швидкості на ділянках шляху, а також відсутність простоїв потягу в процесі руху. Єдиний підхід штрафних функцій застосований також для введення обмежень по зчепленню. Такий підхід дозволяє значно понизити витрати розрахункового часу і спростити процедури розрахунку витрат енергії. Створена математична модель для визначення ефективності тягового приводу. Модель включає в себе визначення основних втрат у асинхронного тягового двигуна з урахуванням насичення магнітної системи, що визначається за результатами вирішення рекурентного нелінійного рівняння. Також у моделі враховані втрати від вищих гармонік напруги в міді та сталі, а також механічні та додаткові втрати. В розробленій моделі враховуються статичні та динамічні втрати у IGBT транзисторах та діодах напівпровідникового перетворювача. Розроблено метод оптимізації параметрів та режимів роботи систем охолодження асинхронних тягових двигунів електрорухомого складу, якій складається з наступних основних етапів: визначення оптимальних режимів роботи тягового приводу на основі запропонованого виразу ефективності тягового приводу; визначення оптимальних режимів руху електрорухомого складу за критерієм мінімуму витрат; вирішення тягової задачі руху на ділянці колії с заданим графіком руху та профілем колії, а також визначенням залежності зміни втрат в елементах тягового двигуна за часом; вибору параметрів та режимів роботи систем охолодження тягових двигунів, які обумовлюють ефективність системи охолодження та вентиляції електрорухомого складу; вирішення задачі умовної мінімізації системи охолодження тягового двигуна за модернізованим критерієм економічної ефективності на основі методу Вейля за узагальненим золотим перетином та задачі аналізу системи вентиляції і охолодження тягових двигунів, яка створена на базі математичної моделі теплових режимів двигуна за узагальненою еквівалентною тепловою схемою.Документ Активний тяговий перетворювач для електровозів змінного струму з колекторними тяговими двигунами(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Краснов, Олексій ОлександровичДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.09 — електротранспорт. — АТ "Укрзалізниця", філія "Проектно-вишукувальний інститут залізничного транспорту", Харківське відділення, Міністерство інфраструктури України, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», МОН України. Харків, 2020. Одним з ефективних засобів підвищення коефіцієнта потужності електрорухомого складу змінного струму з колекторними тяговими двигунами є акитвні випрямлячі. У дисертації розроблено математичний опис активного випрямляча струму з тяговим двигуном постійного струму, проведено аналіз енергетичної ефективності випрямляча при широтно-імпульсній модуляції з синсуоїдальним, трапецеїдальним та прямокутно-ступінчатим модуляційним сигналом. Запропоновано силову схему активного тягового перетворювача з двозонним регулюванням напруги і алгоритм управління транзисторами в режимах тяги і рекуперації. Результати комп’ютерного моделювання показали, що активний тяговий перетворювач забезпечує високий коефіцієнт потужності електровоза (0,83…0,99) і більш низький рівень несинусоїдальності струму первинної обмотки тягового трансформатора (THDi до 17 %) у порівнянні з тиристорним перетворювачем, що дає змогу скоротити витрати електроенергії на тягу поїздів.Документ Активний тяговий перетворювач для електровозів змінного струму з колекторними тяговими двигунами(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Краснов, Олексій ОлександровичДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.09 "Електротранспорт". — АТ "Українська залізниця", філія "Проектно-вишукувальний інститут залізничного транспорту", Харківське відділення, Міністерство інфраструктури України, Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", МОН України. Харків, 2020. Дисертація присвячена актуальній науково-технічній проблемі підвищення енергетичної ефективності електрорухомого складу змінного струму з колекторними тяговими двигунами за рахунок вдосконалення тягових перетворювачів. Основу парку вантажних та пасажирських електровозів змінного струму "Укрзалізниці" складають електровози з колекторними тяговими двигунами. Такі електровози мають порівняно низький коефіцієнт потужності. Для електровозів з діодними випрямлячами (ВЛ80К, ВЛ80Т) його величина становить 0,65…0,85, а для електровозів з тиристорними перетворювачами (2ЭС5К, 2ЕЛ5) — 0,3…0,84. Сукупність енергетичних недоліків електрорухомого складу і тягового електропостачання обумовлює порівняно низький коефіцієнт потужності електрифікованих залізниць змінного струму — приблизно 0,7, при цьому за сучасними світовими нормами високим вважається коефіцієнт потужності не нижче 0,95. Тому підвищення енергетичної ефективності тягового навантаження є актуальною задачею. На сьогодні вітчизняними та зарубіжними спеціалістами розроблено ряд технічних рішень, які забезпечують підвищення енергетичних характеристик електровозів змінного струму. Ці рішення можна умовно об’єднати в три групи: 1) удосконалені схеми тягових перетворювачів та алгоритми їх управління; 2) пасивні і активні компенсатори реактивної потужності, встановлені на елкетрорухомому складі; 3) перетворювачі на повністю керованих напівпровідникових приладах (активні перетворювачі). Незважаючи на високі енергетичні характеристики активних перетворювачів, робіт, присвячених дослідженню режимів роботи таких перетворювачів при живленні тягових двигунів постійного струму, на сьогодні недостатньо. Отже, подальший розвиток цього напрямку досліджень можна вважати актуальним. Базовою ланкою перетворювача для живлення двигуна постійного струму є однофазний активний випрямляч струму. У роботі отримано математичний опис роботи активного випрямляча струму в режимах випрямлення та інвертування. На основі математичного апарату алгебри логіки розроблено уніфікований опис алгоритмів широтно-імпульсної модуляції з синусоїдальним, трапецеїдальним та прямокутно-ступінчатим модуляційним сигналом. Дослідження електромагнітних процесів і порівняння енергетичних характеристик активного випрямляча струму при обраних алгоритмах ШІМ і частоті модуляції 900 Гц, 1200 Гц і 1800 Гц проведено шляхом імітаційного моделювання в MATLAB. Дослідження показали, що при всіх трьох алгоритмах при коефіцієнті модуляції 0,2…1,0 коефіцієнт потужності на вході активного випрямляча струму складає 0,6…0,99 незалежно від частоти модуляції. Запропоновано силову схему з двозонним регулюванням випрямленої напруги і алгоритм управління активного тягового перетворювача електровоза. Обґрунтовано використання прямокутно-ступінчатої ШІМ з чаостою модуляції 1200 Гц. Регулювання випрямленої напруги з коефіцієнтом модуляції менше 0,5 використовується лише в короткочасних режимах роботи. Розроблено математичну модель системи електричної тяги змінного струму напруги 25 кВ, 50 Гц з урахуванням двох варіантів тягового перетворювача — тиристорного та активного перетворювача з широтно-імпульсною модуляцією. З точки зору моделювання систем управління перетворювачами розроблена модель є універсальною, оскільки на основі логічних функцій формування та розподілу імпульсів розроблено уніфікований математичний опис алгоритмів управління тиристорним та активним тяговим перетворювачем. Ця модель реалізована в програмному пакеті MATLAB. Комп’ютерне моделювання електромагнітних процесів в системі "тягова мережа — електровоз" дозволило дослідити енергетичну ефективність електровоза з активним тяговим перетворювачем. Так, коефіцієнт потужності електровоза становить 0,839…0,991, а його значення більше 0,9 забезпечується при коефіцієнті модуляції більше 0,5. У номінальному режимі коефіцієнт потужності електровоза з активним тяговим перетворювачем на 19,4 % вище, ніж у електровоза з тиристорним перетворювачем. Коефіцієнт спотворення синусоїдальності кривої напруги на струмоприймач і електровоза з активним тяговим перетворювачем KU в усьому діапазоні регулювання змінюється в межах 3…11 %, а коефіцієнт спотворення синусоїдальності кривої струму KI — в межах 9…17 %. При зміні відстані від електровоза до тягової підстанції в діапазоні 0…10 км коефіцієнт спотворення синусоїдальності кривої напруги електровоза в номінальному режимі складає 5…9 %. Проведені експерименти показали, що активний тяговий перетворювач є джерелом широкого спектру гармонік напруги та струму. Найменш вигідним при цьому є режим з коефіцієнтом модуляції 0,5…0,6. Результати гармонічного аналізу дозволили встановити характерні групи гармонік, які в основному визначають несинусоїдальність форми відповідних кривих напруги та струму. Тому подальші дослідження активного тягового перетворювача електровоза повинні враховувати необхідність корекції форми напруги та струму. У цілому, результати проведених досліджень показали, що активний тяговий перетворювач забезпечує більш високі енергетичні характеристики, ніж традиційні випрямлячі на основі діодних і тиристорних схем.Документ Підвищення енергетичних показників електровозів змінного струму за рахунок адаптованої до системи електропостачання компенсації реактивної потужності(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Гулак, Сергій ОлександровичДисертація на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.22.09 – "Електротранспорт" 141 – електроенергетика, електротехніка та електромеханіка) – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" МОН України. Харків, 2020. Дисертація присвячена створенню наукових основ вибору оптимальних параметрів та режимів роботи системи компенсації реактивної потужності на електровозах змінного струму. Проаналізовані фактори, що мають найбільший вплив на якість тягового електропостачання збоку електрорухомого складу змінного струму. До факторів, що вносять найбільше спотворення форми напруги контактної мережі слід віднести вищі гармонійні складові, які вносяться в систему тягового електропостачання електрорухомим складом. Показано, що такі чинники, як неякісне струмознімання, проходження електрорухомим складом фідерної зони, наявність декількох одиниць електрорухомого складу на одній фідерній зоні, режими робот електрорухомого складу призводять до того, що процес зміни напруги в контактній мережі є недетермінованим, неергодичним негаусовим процесом, при якому для аналізу спектральних складових тягового стуму електровозу застосування класичних методів перетворення Фур‘є є некоректним. Аналіз схемотехнічних рішень щодо компенсації реактивної потужності, яка споживається електрорухомим складом змінного струму, показав, що на сьогоднішній день найбільш оптимальним рішенням є застосування гібридних компенсаторів реактивної потужності (ГКРП). В таких компенсаторах пасивна частина зменшує фазовий зсув між напругою вторинної обмотки тягового трансформатора та тяговим струмом, активна частина – видаляє вищі гармонійні складові тягового струму. Пасивною частиною ГКРП є LC-фільтр, а активною - автономний інвертор струму і система керування інвертором. Система керування виконує спектральний аналіз тягового струму, формує алгоритм для генерації автономним інвертором вищих гармонік, однакових по амплітуді але протифазними до вищих гармонік тягового струму. В існуючих системах керування для визначення спектральних складових тягового струму використовуються методи перетворення Фур‘є, які в реальних умовах експлуатації електрорухомого складу дають некоректні результати. Запропоновано для визначення спектральних складових тягового струму застосувати методи кореляційного спектрального аналізу. Створено математичні та програмно-орієнтовані моделі роботи тягового та допоміжного приводу електровозу змінного струму (на прикладі електровозу ВЛ-80к). Відмінними особливостями цих моделей є можливість врахування взаємного впливу роботи тягового та допоміжного приводів, а також режимів роботи електровозу. Доопрацьовано методику розрахунку параметрів асинхронних двигунів при несиметричних обмотках статора. Показано взаємозв‘язок таких параметрів, як індуктивність розсіювання та взаємна індуктивність із геометричними параметрами обмоток. Ця методика використовувалась при створенні математичної моделі приводу допоміжних машин, зокрема для моделювання роботи розчіплювача фаз. Запропоновано для дослідження електродинамічних процесів в приводах допоміжних машин у сталому режимі роботи замінити розчіплювач фаз несиметричною системою напруги, яка живить мотор-вентилятори. Досліджено взаємний вплив роботи тягового приводу і приводу допоміжних машин. Результати дослідження дозволили уточнити спектральний склад струму в ланцюгах тягового та допоміжного приводів. Розраховано елементи пасивної та активної частин ГКРП. Розроблено систему керування активною частиною ГКРП, основою якого є блок визначення гармонійних складових тягового струму та видалення із спектру струму нульової та вищих гармонійних складових. Запропоновано новий підхід до визначення спектральних складових тягового струму, в основі якого лежить застосування методу лінійного прогнозування Левінсона-Дарбіна. Такий підхід дозволяє враховувати випадковий характер зміни напруги на струмоприймачі електровозу і, як наслідок, тягового струму, та адаптувати роботу компенсатора до параметрів напруги контактної мережі. Застосування зазначеного підходу дозволяє також враховувати такі фактори, як характер режиму роботи електровозу, прохід меж ділянок контактної мережі, тощо. Скорегована математична модель тягового приводу при застосуванні ГКРП, розраховано та побудовано амплітудно-частотні та фазо-частотні спектральні характеристики напруги та струму тягової обмотки трансформатора. Розраховано коефіцієнт потужності модернізованого тягового приводу. Обґрунтовано застосування в системі живлення допоміжних машин статичного перетворювача замість фазорозчіплювача. Виконано математичне моделювання системи допоміжного приводу електровозу, розраховано та побудовано амплітудно-частотні та фазочастотні спектральні характеристики напруги на обмотці власних потреб трансформатора та струму, що протікає по обмотці власних потреб. Розраховано коефіцієнт потужності модернізованого допоміжного приводу. Розраховано втрати активної та повної потужності в тяговому та допоміжному приводах електровозу до та після модернізації. Розраховано залежності ККД і коефіцієнту потужності приводів до та після модернізації. Отримані результати свідчать про те, що ККД тягового приводу після застосування компенсатора знизився на 0,6%, а коефіцієнт потужності збільшився на 3,2%. ККД допоміжного приводу після модернізації збільшився на 1,5%, а коефіцієнт потужності – на 26,4%. Розроблені наукові положення є ефективним інструментом модернізації існуючого парку вантажних електровозів змінного струму серій ВЛ-80т та ВЛ-80к і створення нового електрорухомого складу залізниць. Результати дисертаційної роботи впроваджені у "Науково-дослідному та конструкторсько-технологічному інституті залізничного транспорту" АТ "Укрзалізниця" (м. Київ), ДП "Український науково-дослідницький інститут вагонобудування" (м. Кременчук) та у навчальному процесі Державного університету інфраструктури та технологій (м. Київ).Документ Підвищення енергетичних показників електровозів змінного струму за рахунок адаптованої до системи електропостачання компенсації реактивної потужності(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Гулак, Сергій ОлександровичДисертація на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.22.09 – "Електротранспорт" 141 – електроенергетика, електротехніка та електромеханіка) – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" МОН України. Харків, 2020. Дисертація присвячена створенню наукових основ вибору оптимальних параметрів та режимів роботи системи компенсації реактивної потужності на електровозах змінного струму та адаптації роботи системи компенсації до параметрів тягового електропостачання. Для виконання досліджень розроблені математичні та програмно-орієнтовані моделі роботи тягового та допоміжного приводу електровозу змінного струму (на прикладі електровозу ВЛ-80К). Відмінними особливостями цих моделей є можливість врахування взаємного впливу роботи тягового приводу і допоміжних агрегатів та режимів роботи електровозу. Виконано експериментальне підтвердження адекватності розроблених імітаційних моделей з реальним тяговим та допоміжним приводом для рухомого складу. На основі розроблених моделей досліджено електромагнітні процеси в тяговому та допоміжному приводах, що дозволило якісно та кількісно їх оцінити. Розроблено силову схему гібридного КРП та схему керування його активної частини. Основою системи керування є метод визначення спектрального складу тягового струму на основі алгоритму Левінсона-Дарбіна, що дозволить адаптувати роботу компенсатора до параметрів системи електропостачання. Запропоновано в системі допоміжного приводу застосувати статичний перетворювач замість фазорозчіплювача. Розрахунок втрат повної потужності до та після модернізації підтвердив економічну доцільність впровадження компенсатора реактивної потужності та застосування статичного перетворювача в системі допоміжних машин замість фазорозчіплювача. Розроблені наукові положення є ефективним інструментом модернізації існуючого парку вантажних електровозів змінного струму серій ВЛ-80Т та ВЛ-80К і створення нового електрорухомого складу залізниць. Результати дисертаційної роботи впроваджені у "Науково-дослідному та конструкторсько-технологічному інституті залізничного транспорту" АТ "Укрзалізниця" (м. Київ), ДП "Український науково-дослідницький інститут вагонобудування" (м. Кременчук) та у навчальному процесі Державного університету інфраструктури та технологій (м. Київ).Документ Енергоефективний безредукторний тяговий привод приміського електропоїзду на базі синхронного двигуна з постійними магнітами(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Демидов, Олександр ВікторовичДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.09 "Електротранспорт" (275 – Транспортні технології) – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" МОН України, Харків, 2021 р. Дисертація присвячена вирішенню актуальної науково-практичної задачі щодо підвищення енергоефективності приміських електропоїздів змінного струму на основі концепції електромеханічного перетворювання енергії за допомогою безредукторного тягового приводу з синхронним двигуном зі збудженням від постійних магнітів та вхідного 4qs–перетворювача. Розроблено імітаційну модель ланки "тяговий двигун – тяговий інвертор", особливістю якої є визначення миттєвих складових втрат інвертора за регресійними залежностями, а також визначення втрат в двигуні виходячи з гармонійного аналізу фазних струмів з урахуванням втрат від вищих гармонійних струму. Розроблено методику ідентифікації параметрів системи керування 4qs-перетворювачем приміського електропоїзду, що забезпечує оптимальні, за коефіцієнтом потужності в тяговій мережі, залежності коефіцієнту модуляції та коефіцієнту зсуву між мережевим струмом та опорним синусоїдальним сигналом. Розроблено концептуальний проект приміського електропоїзду змінного струму.Документ Енергоефективний безредукторний тяговий привод приміського електропоїзду на базі синхронного двигуна з постійними магнітами(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Демидов, Олександр ВікторовичДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.09 "Електротранспорт" (275 – Транспортні технології) – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" МОН України, Харків, 2021. Дисертація присвячена вирішенню актуальної науково-практичної задачі щодо підвищення енергоефективності приміських електропоїздів змінного струму на основі концепції електромеханічного перетворювання енергії за допомогою безредукторного тягового приводу з синхронним двигуном зі збудженням від постійних магнітів та вхідного 4 qs- перетворювача. Проведений аналіз світових тенденцій систем перетворювання енергії тягових приводів приміських електропоїздів змінного струму показує, що підвищення їх енергоефективності відбувається за рахунок переходу до безредукторних колісно-моторних блоків з одночасною заміною тягових двигунів на синхронні зі збудженням від постійних магнітів, а також застосуванням в якості вхідного 4qs-перетворювача. На основі узагальненої математичної моделі електромеханічного перетворювача створено математичну модель безредукторного синхронного двигуна зі збудженням від постійних магнітів для приміського електропоїзду. Модель заснована на вирішенні рівняння Лагранжа для електромеханічної системи без внесення спрощення на лінійність магнітної системи, а також з урахуванням "зубчастості" статору та геометрії ротору. Розроблено методику попереднього вибору головних розмірів оберненого тягового синхронного двигуна зі збудженням від постійних магнітів, що входить до складу безредукторного тягового привода, яка базується на розрахунку магнітного кола двигуна з урахуванням геометричних обмежень щодо компоновки колісно-моторного блоку у складі візка та технологічних обмежень щодо створення двигуна. Вперше за результатами цифрових експериментів з розрахунку магнітного поля методом скінчених елементів та регресійного аналізу цих результатів проведено ідентифікацію параметрів математичної моделі безредукторного синхронного двигуна зі збудженням від постійних магнітів для приміського електропоїзду. За результатами розрахунків магнітного поля та наступного регресійного аналізу отримані поліноміальні залежності похідних потокозчеплень за струмом та кутовою координатою, які дають можливість ідентифікувати узагальнену математичну модель синхронного двигуна зі збудженням від постійних магнітів. При проведені регресійного аналізу вперше визначено раціональний порядок функції, що апроксимує потокозчеплення фаз двигуна та його похідних, а також електромагнітного моменту. Для безредукторного синхронного двигуна зі збудженням від постійних магнітів визначено: число гармонік – 7 а ступінь полінома – 3 при максимальному відхиленні 2,7%. Розроблено імітаційну модель ланки "тяговий синхронний двигун зі збудженням від постійних магнітів – тяговий інвертор", особливістю якої є визначення миттєвих складових втрат інвертора за регресійними залежностями, які отриманні на основі паспортних даних напівпровідникових елементів. Такий підхід дозволяє отримати електричні втрати в інверторі при використанні різних типів IGBT-транзисторів та негармонійному характері живлячих струмів. На основі імітаційної моделі ланки "тяговий синхронний двигун зі збудженням від постійних магнітів – тяговий інвертор" створено методику визначення втрат в двигуні, яка заснована на гармонійному аналізі фазних струмів та враховує втрати від вищих гармонійних струму. Визначені втрати в тяговому інверторі та двигуні є складовими енергоефективності ланки "тяговий двигун – тяговий інвертор". Вперше за результатами імітаційного моделювання визначено, що для ланки "тяговий синхронний двигун зі збудженням від постійних магнітів – тяговий інвертор" втрати в сталі двигуна залежать майже виключно від швидкості руху електропоїзду та досягають максимуму в 1500 Вт при максимальній швидкості. Втрати в міді мають максимальне значення в 3500 Вт на етапі початкового розгону та стабілізуються на рівні 1100…1400 Вт в подальшому. Збільшення тактової частоти до максимального значення призводить до зменшення втрат в міді двигуна майже на 25 %. Визначено, що раціональна тактова частота широтно-імпульсної модуляції для розглянутого інвертору лежить у межах 300...1500 Гц. Розроблено методику ідентифікації параметрів системи керування 4qs-перетворювача приміського електропоїзду, що забезпечує його високу енергетичну ефективність в режимах тяги і рекуперативного гальмування в широкому діапазоні робочих струмів. Методика містить два етапи. Перший етап присвячено визначенню векторів вхідних параметрів системи керування 4qs-перетворювача, що оптимальні за критерієм мінімуму реактивної потужності тягової мережі при зміні коефіцієнту модуляції та коефіцієнту зсуву між мережевим струмом та опорним синусоїдальним сигналом. Визначені вектори складають параметри обмежень в системі керування перетворювача. На другому етапі визначаються електричні втрати в перетворювачі, що є складовими його енергоефективності, з використанням паспортних даних IGBT-транзисторів та урахуванням зміни параметрів в залежності від поточного струму та напруги на них. Створено імітаційні моделі 4qs-перетворювача тягового приводу приміського електропоїзду, що дозволяють проводити моделювання його роботи за двома етапами цієї методики. Вперше за результатами імітаційного моделювання для приміського електропоїзду знайдено залежність коефіцієнту модуляції та зсуву між мережевим струмом та опорним синусоїдальним сигналом від струму ланки постійного струму, при яких забезпечується максимальний за модулем коефіцієнт потужності для всього діапазону струмів в режимах тяги та рекуперативного гальмування електропоїзду. Визначено, що для 4qs-перетворювача тягового приводу приміського електропоїзду раціональна тактова частота перетворювача лежить в проміжку 900…2000 Гц. При такій тактовій частоті ККД перетворювача дорівнює 95…98 %, коефіцієнт нелінійних спотворень мережевого струму складає 5…12% в діапазоні навантажень 10…100 % від номінального. Запропоновано концептуальний проект приміського електропоїзду змінного струму на з безредукторним тяговим приводом на базі синхронних двигунів зі збудженням від постійних магнітів із живленням від автономних інверторів напруги та 4qs-перетворювача, що забезпечуює живлення 16-ти ланок "тяговий двигун – тяговий інвертор". Використання запропонованого тягового приводу дозволяє підвищити ККД електропоїзду до 0,93 при збереженні коефіцієнту потужності близькому до 1 в діапазоні навантажень 10…100 % від номінального. Результати дисертаційної роботи впроваджені в Структурному підрозділі "Служба приміських пасажирських перевезень" регіональної філії "Південна залізниця" АТ "Укрзалізниця", ПАТ "Крюківський вагонобудівний завод", ТОВ "Науково-виробнича компанія "СПЕЦЕНЕГОСЕРВІС" та навчальному процесі в НТУ "ХПІ".