05.22.09 "Електротранспорт"
Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/19872
Переглянути
5 результатів
Результати пошуку
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".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 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 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).