CC BY
52
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Современные технологии. Системный анализ. Моделирование № 1 (61) 2019
7. Krakovskii Yu. M., Dombrovskii I. A. Prognozirovanie pokazatelei gruzovykh perevozok Ulan-Batorskoi zheleznoi dorogi [Prediction of freight traffic indicators of the Ulan-Bator railway]. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie [Modern technologies. System analysis. Modeling], 2013. No.4 (13), pp. 225-228.
8. Krakovskii Yu. M., Luzgin A. N. Programmn. obespechenie interv. prognozirovaniya nestats. dinam. pokazatelei [Programm. Interval provision forecasting nestats. dynam indicators]. Vestnik IrGTU [Proceedings of Irkutsk State Technical University], 2015. No. 4, pp. 12-16.
9. Krakovskii Yu. M., Botavina D. V. Veroyatnost. modelirovanie pokazatelei perevozochnogo protsessa gruzov na osnove regress. analiza [Probabilistic modeling indicators of the transportation process of goods on the basis of regression analysis]. Transportnaya in-frastruktura Sibirskogo regiona [Transport infrastructure of the Siberian region], 2018. Vol.1, pp. 417-421.
10. Huijun Wu, Guiyun Liu Container Sea-Rail Transport Volume Forecasting of Ningbo Port Based on Combination Forecasting Model. International Conference on Advances in Energy, Environment and Chemical Engineering (AEECE-2015), 2015, pp. 449-454.
11. Youan Wanga, Xumei Chena, Yanhui Hana, Shuxia Guob Forecast of Passenger and Freight Traffic Volume Based on Elasticity Coefficient Method and Grey Model.13th COTA International Conference of Transportation Professionals (CICTP 2013). Procedia -Social and Behavioral Sciences 96 (2013), pp. 136-147.
12. Rudakov K. V., Strizhov V. V., Kashirin D. O., Kuznetsov M. P., Motrenko A. P., Stenina M. M. Selecting an Optimal Model for Forecasting the Volumes of Railway Goods Transportation. Avtomatika i Telemekhanika [Automation and Telemechanics], 2017. No.1, pp. 91-105.
13. Voskoboinikov Yu. E. Ekonometrika v Excel: parnye i mnozhestvennye regress. modeli [Econometrics in Excel: Paired and multiple regress. models]. St. Petersburg: «Lan'» Publ., 2018. 260 p.
14. Pankov A. R., Goryainova E. R., Zhernosek A. I. Stat. metody obrabotki dannykh [Statistical methods of data processing]. Moscow: MAI Publ., 2013. 84 p.
Информация об авторах
Яхина Асия Сергеевна - к. т. н., доцент кафедры «Информационные технологии и высшая математика», Читинский институт (филиал) ФГБОУ ВО «Байкальский государственный университет», e-mail: [email protected]
Куклина Ольга Константиновна - аспирант, кафедра «Информационные системы и защита информации», Иркутский государственный университет путей сообщения, e-mail: [email protected]
Для цитирования
Яхина А. С. Многофакторное оценивание показателей процесса железнодорожных перевозок с целью прогнозирования момента достижения результативными показателями заранее заданных конкретных значений / А. С. Яхина, О. К. Куклина // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2019. - Т. 61, № 1. - С. 139-144. - DOI: 10.26731/1813-9108.2019.1(61). 139-144
Authors
Asiya Sergeevna Yakhina - Ph.D. in Engineering Science, Assoc. Prof. of the Subdepartment of Information Technologies and Higher Mathematics, Chita Institute of Baikal State University, e-mail: [email protected].
Ol'ga Konstantinovna Kuklina - Ph.D. student of the Subderpartment of System of Informatics and Information Protection, Irkutsk State Transport University, e-mail: [email protected]
For citation
Yakhina A. S., Kuklina O. K. Mnogofaktornoye otsenivaniye pokazateley protsessa zheleznodorozhnykh perevozok s tsel'yu prognozirovaniya momenta dostizheniya rezul'tativnymi poka-zatelyami zaraneye zadannykh konkretnykh znacheniy [The multi-factor estimation of the railway transportation process indicators to forecast the moment the output indicators achieved the previously defined specific values]. Sovremennyye tekhnologii. Sis-temnyy analiz. Modelirovaniye [Modern Technologies. System Analysis. Modeling], 2019, Vol. 61, No. 1, pp. 139-144. DOI: 10.26731/1813-9108.2019.1(61) 139-144
УДК 519.6:311 БОГ: 10.26731/1813-9108.2019.1(61)144-156
Н. А. Рябчёнок, Т. Л. Алексеева, Л. А. Астраханцев, А. Л. Мартусов
Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, Российская Федерация Дата поступления: 12 декабря 2018 г.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТЯГИ ПОЕЗДОВ
Аннотация. Повышаются объемы, скорости и производительность транспортных работ на железной дороге для выполнения заказов по транспортировке сырья и готовой продукции предприятий, а также для выполнения заказов по транзитной транспортировке товаров иностранных государств европейского и азиатско-тихоокеанского континента. Современные организационные технологии вождения тяжеловесных, составных поездов и скоростного движения имеют ограниченные возможности для решения поставленных задач и выполняются с неудовлетворительной энергетической эффективностью. Статья посвящена оценке энергетической эффективности тягового электропривода электровоза с импульсным регулятором мощности тяговых электродвигателей и электровоза с непрерывным, полным использованием электрического потенциала контактной сети для тяги поезда. Исследование позволяет ориентировать научных сотрудников, конструкторов, проектировщиков и инженеров на разработку технических решений, которые устраняют причину неудовлетворительной работы
© Н. А Рябчёнок, Т. Л. Алексеева, Л. А Астраханцев, А. Л. Мартусов, 2019
144
Транспорт
Modern technologies. System analysis. Modeling, 2019, vol 61, no. 1
изготавливаемых в России и за рубежом импульсных регуляторов мощности для электрической тяги поездов. Для оценки энергетической эффективности электрической тяги в работе применена известная методика, которая используется в учебных учреждениях и методика математического моделирования. Оценку энергетической эффективности электрической тяги поездов авторы предложили выполнять по новой методике, основанной на уточненном законе сохранения энергии в электромагнитном поле. В рассмотренном тяговом и скоростном режиме у электропривода электровоза с непрерывным и полным использованием электрического потенциала потребляется из контактной сети ток меньше на 39 %, коэффициент мощности выше на 20,8 %, коэффициент полезного действия выше на 18,9 %, чем у тягового электропривода с известным импульсным регулятором мощности. Новые энергетические характеристики соответствуют положениям фундаментальной электротехники и позволяют устранять методологические противоречия в образовательном процессе подготовки специалистов.
Ключевые слова: эффективность, тяга поезда, регулятор мощности, электропривод, электрический потенциал, ток, электровоз, гармонические составляющие, причина, признаки.
N. L. Ryabchenok, T. L. Alekseeva, L. A. Astrakhantsev, A. L. Martusov
Irkutsk State Transport University, Irkutsk, Russian Federation Received: December 12, 2018
ENERGY EFFICIENCY IN RAILWAY ELECTRIC TRACTION
Abstract. The volumes, speeds and efficiency of the railroad performance have increased to deliver raw materials and finished products for businesses, as well as to process orders for transit transportation of goods travelling through Russia from countries of Europe and Asia-Pacific. Modern technologies used to drive heavy multiple-unit trains and high-speed traffic have limited capability to solve the problems set; hence, they have a low efficiency level. This article focuses on the assessment of energy efficiency of an electric locomotive with a pulse traction electric motor controller and an electric locomotive with a continuous full use of the overhead system power potential for а train traction. The study provides researchers, designers, developers and engineers with an opportunity to focus on finding solutions that could eliminate the cause of low efficiency in pulse traction motor controllers manufactured both in Russia and abroad. The paper uses a well-known technique to assess the electric traction power efficiency in a traction motor that is applied at educational institutions along with mathematical modelling. The authors offer a new method of evaluating the energy efficiency in railway electric traction that is based on a revised law of conservation of energy in an electromagnetic field. Considering the traction mode and high-speed mode, the electric drive of an electric locomotive with a continuous and full-use of electric potential, the overhead system consumes 39% less current than an electric locomotive with a pulse traction motor controller with power factor being 20.8% higher along with 18.9% higher efficiency. New energy properties correspond to the provisions offundamental electrical engineering and allow eliminating methodological contradictions in the process of training the future professionals.
Keywords: efficiency, train traction, motor controller, electric drive, electric potential, current, electric locomotive, harmonic constituents, cause, properties.
Введение
Для развития материального производства в стране с природными ресурсами и промышленными центрами, размещенными на огромной территории, необходима транспортная система, которая обеспечивает возрастающие объемы, скорости выполнения транспортных работ с минимальными затратами на их реализацию. К настоящему времени в России сформирована сеть железных дорог и тяговый электроподвижной состав (ЭПС), который не в полной мере удовлетворяет потребности заказчиков для перевозки сырья и готовой продукции предприятий. Отечественный современный тяговый подвижной состав не готов к выполнению требований иностранных заказов по транзитной транспортировке товаров для связи предприятий стран азиатско-тихоокеанского региона с предприятиями стран европейского региона. Результаты опытных вождений тяжеловесных, составных поездов и внедрения скоростного движения, в основном электропоездов, с использованием
новаторских организационных технологий тяги поездов свидетельствуют о снижении коэффициента использования мощности локомотивов, а повышение производительности транспортных работ достигается за счет интенсивного износа рельсов, оборудования локомотивного парка и тягового электроснабжения. В связи с ежегодным повышением цен на энергоносители актуальность решения проблемы неудовлетворительной энергетической эффективности электрической тяги поездов возрастает.
Решение проблем отрасли возможно путем внедрения современных научных решений в образовательный процесс учебных учреждений, их практическое применение в научно-исследовательских, проектно-конструкторских организациях, на машиностроительных заводах и в сети железных дорог. Для совершенствования технологии электрической тяги поездов необходима интеграция работы специалистов производственных подразделений отрасли, разобщенных
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Современные технологии. Системный анализ. Моделирование № 1 (61) 2019
структурной реформой. Только объединенными усилиями коллективов структурных подразделений железной дороги можно повысить производительность и обеспечить энергетическую эффективность электрической тяги поездов.
Состояние вопроса.
Постановка задач исследования
Теория энергетических процессов в электрических цепях с полупроводниковыми приборами, разработанная в 70-х годах прошлого века, применяется в образовательных учреждениях России и за рубежом [1, 2], имеет методологические противоречия с фундаментальной электротехникой [3-5] и ориентирует специалистов на улучшение признаков качества энергетического процесса [6, 7]. Известный баланс мощностей (1) основан на выделении основной гармоники напряжения и тока на входе регулятора мощности из спектра гармонических составляющих.
^ =^1 р2+02 + т2, (1)
где SG - полная мощность источника энергии; Р1 -активная мощность основной гармонической составляющей напряжения и первой гармоники тока; Ql - мощность сдвига (реактивная мощность) основной гармонической составляющей напряжения и первой гармоники тока; Т - мощность искажения, суммарная мощность высших гармонических составляющих кроме мощности основной гармоники напряжения и первой гармоники тока.
Признаками качества энергетического процесса являются угол сдвига ф1 синусоидальной кривой первой гармоники тока ¡1 относительно синусоидальной кривой основной гармоники напряжения щ и нелинейные искажения формы кривой тока на входе регулятора мощности. Коэффициент мощности Км полупроводниковых регуляторов мощности принято рассчитывать с использованием коэффициента сдвига С08ф1 и коэффициента нелинейных искажений тока V. Коэффициент нелинейных искажений тока V равен
v =
А
I.
(2)
нии силовыми полупроводниковыми приборами (СПП) выпрямителя, с приемлемой для инженерных расчетов точностью, можно вычислить по формуле (3)
а
km = co^i •v = cosl - +
, . 0,9cos
a Yi + У2 ) 2
я-а
, (3)
я
где II - действующее значение тока первой гармонической составляющей на входе регулятора мощности; 1ы - действующее значение несинусоидального тока на входе регулятора мощности.
Коэффициент мощности Км, позволяющий численно оценить энергетическую эффективность использования электрической энергии для выполнения работы можно рассчитать с использованием осциллограмм. При импульсно-фазовом управле-
где а - угол регулирования СПП выпрямителя; yi, у2 - углы коммутации СПП выпрямителя.
Из выражения (3) следует, что при а Ф 0, yi Ф 0, У2 Ф 0 признаки качества энергетического процесса ухудшаются, а энергетическая эффективность использования электрической энергии для выполнения работы в технологических процессах снижается. Для улучшения признаков качества энергетического процесса преобразования электрической энергии научными работниками и специалистами разрабатываются устройства компенсации мощности сдвига, фильтры, устройства снижения углов коммутации СПП [8-10]. Специалистами концерна Siemens разработан четырехквадрантный 4qS-преобразователь [11, 12] с широтно-импульсной модуляцией управления СПП для обеспечения ф1 = 0 в режиме потребления и ф1 = п в режиме рекуперации электроэнергии. Признаки качества энергетических процессов целесообразно использовать для расчета и оценки энергетической эффективности, электромагнитной совместимости регуляторов мощности.
Неудовлетворительную энергетическую эффективность и электромагнитную совместимость импульсных регуляторов мощности, которые изготавливаются и применяются в настоящее время, нерационально устранять за счет разработки дополнительного оборудования, усложнения конструкции устройств, снижения их надежности и удорожания оборудования. Перспективным направлением научных работ является выявление и устранение причин неудовлетворительной работы известного оборудования для повышения производительности и энергетической эффективности электрической тяги поездов.
Методика исследования
Теоремой Умова-Пойнтинга [13, 14] учитывает сокращение продолжительности необратимого преобразования электрической энергии в иной вид энергии из-за реактивных элементов в электрических цепях синусоидального напряжения и тока. Уточнением закона сохранения энергии в электромагнитном поле [15, 16] учитывается сокращение продолжительности использования
Транспорт
Modern technologies. System analysis. Modeling, 2019, vol 61, no. 1
электрической энергии для выполнения работы из-за импульсной передачи электрического потенциала источника энергии регуляторами мощности к потребителям электрической энергии. Получен баланс мощностей на входе регулятора [17] с учетом сокращения продолжительности необратимого преобразования электрической энергии в иной вид энергии реактивными элементами и регулятором мощности (4)
■JsG -AS2 =VP2 + Q2,
(4)
где ДО - часть полной мощности на входе регулятора, которая не используется для необратимого преобразования электрической энергии в иной вид энергии и для энергообмена в электрической цепи; Р - суммарная активная мощность гармонических составляющих напряжения и тока на входе регулятора мощности; Q - суммарная реактивная мощность гармонических составляющих напряжения и тока на входе регулятора мощности.
Расчет и измерение составляющих предложенного баланса мощностей (4) можно выполнять с использованием преобразования Фурье, аналитических расчетов, математического моделирования и контрольно-измерительных приборов на практике.
Для расчета мощности АХ, которая образуется на входе регулятора, учитывается электрический потенциал источника энергии во время непроводящего состояния СИП регулятора:
AS = .
ZU2 • I2 = U • I
U pk Ik UP 1 in
(5)
k=1
P = Uc0 •10 +^ZUck • Ik • C0S9k ,
(6)
k=1
где иа0 - постоянная составляющая напряжения на входе регулятора мощности во время проводящего состояния СПИ; Пак - действующее напряжение кой гармонической составляющей на входе регулятора мощности во время проводящего состояния СПП; 1о - постоянная составляющая тока на входе регулятора мощности во время проводящего состояния СПИ; фк - угол сдвига по фазе к-ой гармоники тока относительно одноименной к-ой гармоники напряжения на входе регулятора мощности.
Реактивную мощность на входе регулятора, которая характеризует часть электрической энергии, расходуемой на энергообмен между источником энергии и реактивными элементами электрической цепи вычисляется:
Q = ±,ZU
2
ck
12 • sin29k . (7)
k=1
Аргумент полной мощности и входного электрического сопротивления фЕ регулятора мощности с нагрузкой возможно определить по формуле:
9е = arctg
±
1
• Ik2 • sin29k
k=1
Uc0 • 10 + ^Uck • Ik • C0S9k
k=1
(8)
где ирк - действующее напряжение к-ой гармонической составляющей на входе регулятора мощности во время непроводящего состояния (паузы) СПП; 1к - действующий ток к-ой гармонической составляющей на входе регулятора мощности; к -номер гармонической составляющей; п - номер последней учитываемой гармоники; иР - действующее напряжение на входе регулятора мощности во время непроводящего состояния (паузы) СПП; 1п - действующий ток на входе регулятора мощности.
Активная мощность на входе регулятора характеризует часть электрической энергии, которая необратимо преобразована в иной вид энергии в нагрузке и в тепловые потери энергии в регуляторе мощности вычисляется:
Результаты исследования
С помощью выражений (1-8) и математического моделирования в среде 81шиНпк программы МЛТЬЛБ можно получить оценку динамики и энергетической эффективности тягового электропривода одной секции электровоза «Ермак» при работе в середине межподстанционной зоны с двухсторонним питанием контактной сети. Пуск, трогание и разгон электропривода выполняется при номинальном моменте сопротивления на валах тяговых электродвигателей (ТЭД) НБ-514Б, постоянном угле регулирования а = 74,52 электрических градусов тиристоров выпрямительно-инверторного преобразователя (ВИП) с разгоном до установившейся скорости 5 км/ч (рис. 1).
Угол регулирования тиристоров изменяется системой импульсно-фазового управления вручную или системой автоматического регулирования в пределах от п до 0 электрических градусов. Углы коммутации тиристоров ВИП у1 = 0,4, у2 = 15,7 электрических градусов можно определить с помощью осциллограмм напряжений и токов в первичной и вторичной обмотке тягового трансформатора (рис. 2).
n
n
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Современные технологии. Системный анализ. Моделирование № 1 (61) 2019
Рис. 1. Математическая модель тягового электропривода с ВИП одной секции грузового электровоза
Коэффициент сдвига соБфь
а , Yi + У2У" 4
cos91 = cos| — +
(74,52 0,4 +15,7 1
= cos| —-— + —-— I = cos41,28o = 0,75. (9)
I 2 4 )
Коэффициент искажения формы кривой
мгновенных значений тока v на входе регулятора
мощности:
2л/2<
cos-
v Ii.
а '2
0,9cos
к.
к - а
74,52° =^0,935. (10)
к -74,52o
к \ п
Коэффициент мощности Км = сойф • V = 0,75 • 0,935 = 0,70. (11)
Полная мощность на входе тягового электропривода SG = игр1т = 27250 35,51= 967,65 кВА рассчитывается с использованием показаний прибора для измерения действующего несинусоидального напряжения на токоприемнике и действующего несинусоидального тока в первичной обмотке тягового трансформатора (рис. 1).
Расчет активной мощности Р1 по формуле (12) выполняется с использованием понятия ос-
новной гармонической составляющей напряжения, которая принимается как синусоидальная функция £Л, эквивалентная по величине действующему значению несинусоидального напряжения ир = и1 и равная по частоте. Действующий ток первой гармоники можно определить из выражения (10) / = V • 4 = 0,935 • 35,51 = 33,20 А.
р = и • / • СОЗф =
= 27250- 33,20 • сов41,28о = 680,71кВт. (12)
Измеренная с помощью прибора Р, Q (рис. 1) активная мощность на входе регулятора равна Р = 684,50 кВт. Полученные результаты расчета отличаются на 0,55 %.
Мощность сдвига в известном балансе мощностей (1) на входе регулятора Ql обусловлена смещением по фазе ф1 первой гармоники тока I относительно основной гармоники напряжения £Л при импульсно-фазовом управлении и коммутации тока тиристорами ВИП и Q1 можно рассчитать по формуле:
0 = • /1 • БШф! =
= 27250^ 33,20 • 8ш41,28° = 596,87 квар. (13)
Транспорт
Modern technologies. System analysis. Modeling, 2019, vol 61, no. 1
Прибором для измерения P, Q (рис. 1) учитывается сдвиг по фазе основной гармоники тока Iin относительно основной гармоники напряжения Uin тиристорами ВИП и индуктивным сопротивлением тягового трансформатора поэтому на дисплее прибора показана мощность Q = 638,20 квар, которую можно рассчитать по формуле:
Q1 = Utp • Iin • sin^1 = 27250 • 35,51 •
• sm41,28° = 638,39 квар. (14)
Геометрическая сумма активной мощности Р1 и мощности сдвига Q1 не равна полной мощности Sg, поэтому в правой части уравнения (1) применяется мощность искажения T.
Мощность искажения T в балансе мощностей (1) рассчитывается по формуле:
(15)
высших гармонических составляющих тока.
Т =
Ç2
P? - Q î =
2
T = ju^rk=2ik.
Выражение (15) является некорректными в данном случае спектральный анализ нельзя применить, так как невозможно выполнять произведение периодической функции, изменяющейся с одной частотой следования, на сумму периодических функций, изменяющихся с другими частотами следования. Поэтому принято рассчитывать мощность искажения Т как «невязку» баланса (1). Мощностью искажения принято характеризовать часть электрической энергии, которая расходуется на энергообмен в электрической цепи при наличии
7967,652 - 680,712 - 596,872 =
= 344,79 квар (16)
Проверка баланса мощностей (1) теряет смысл при применении изложенного метода расчета (16) для вычисления мощности искажения Т. С помощью признаков качества энергетического процесса V, cosф можно оценить энергетическую эффективность тягового электропривода. Составляющие Ql, Т известного баланса мощностей (1) на входе ВИП зачастую принимают за причину снижения энергетической эффективности электрической тяги поездов.
Для определения причины неудовлетворительной электрической тяги поездов ЭПС с ВИП можно использовать предложенный в работе [16] баланс мощностей (4). Полная мощность на входе электропривода = 967,65 кБЛ. Прибор для измерения активной мощности на входе тягового электропривода (рис. 1) позволяет рассчитать по формуле (6) суммарную активную мощность Р = 684,50 кВт, создаваемую одноименными гармониками несинусоидального напряжения Пс (рис. 2) и несинусоидального тока 1п (рис. 3, вторая осциллограмма).
Рис. 2. Осциллограммы напряжения, тока в первичной и вторичной обмотке тягового трансформатора при работе ВИП
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Современные технологии. Системный анализ. Моделирование № 1 (61) 2019
Рис. 3. Осциллограмма напряжения в первичной обмотке тягового трансформатора ис во время проводящего состояния тиристоров ВИП
.10"
FFT window: 1 of 326.9 cycles of sclectod signal
5.606 5.60S 5,61 5,612 5.614 5.616 5,618 Time (si
Samples per cycle DC corcponenu
Fundair.ent al Tr]D
2000 0.0C2342
2.811e+04 peak (1.988e+04 cms) 49.7«
0 Hz (DC) : 0.00% 270.0
50 НЕ (Ftlû) ! 100.00* -23.5
100 Hz (h2) : o.oo* îos.a
ISO Hi №3) : 40.71% 118.4
200 Hz (h4) : 0.00% -34 .7
250 Hz (h5) : ie.95% -8.1
300 Hî №6) : 0.00% 174.0
350 Hz <h7) : 11.90% 182.0
400 Hz №3) 1 0.00% 16.1
450 Hz (h9) : 10.20% 44.0
S00 Hz (hlO): 0.00% 222.3
550 Кг <hll): 7.02% 243.2
600 Hz №12): 0.00% 78.0
650 Hz №13) : e.ss% 93,3
700 Hz №14) : 0.00% -80.9
750 Hz №13) : 5.25% -48.В
300 HZ №16) : 0.00% 11Э.0
350 Hz №17) : 4.5e% 154. e
$00 m №13) 1 0.00* -17,2
550 Hz №19) : 4.37% 11.0
■Я 0 h
FFT window: 1 of 457.2 cycles of selected signal
Ï Л ■ \ \
/ / . . . L. . ^
5.602 5.604 5.606
S.606 5.61 5.612 5 614 5616 5.616 Tims (Э)
Sampling time Sarr.ples per cycle DC component Fundamenzal THD
le-05 s
2000
0.0001601
4S.76 peak- (34.4S ims} 25,92%
0 HE (DC) 0 00% 90,0
so Hz (Fad : 100 00% -43.5
100 Hz (h2) 0 00% 205.9
.5 J Кг (h3) 4 se* 51 .3
200 Hz (h4) 0 00% 18-4 .8
250 Hz №5) 47* -35.1
300 Hs (h6) 0 00% 220.5
350 Hz (h7) S 47k 234 .2
■300 Hz №8) 0 00% 175,4
450 Кг (h9) 4 13» -13.5
500 Hz (hlO) 0 00% 203.5
550 :-ir (hll) 8 08* 2Î5.3
600 Нг (Й12) 0 00% 171.3
:■ Кг №13) 3 411 133.3
700 НЕ №14) 0 00% 145,8
75 3 Hz №15) 3 27* -34 .3
Ê00 НЕ (hl6) 0 00% 175. 8
: z j Не №17) 4 24* 153 .1
900 НЕ (tll8 ) 0 00% 123.9
llll^l^in—iII 1 — 1 II 1
Рис. 4. Результаты спектрального анализа периодических функций Uc и In
Действующее значение напряжения в первичной обмотке тягового трансформатора во время проводящего состояния тиристоров ВИП (рис. 3) измерено с помощью прибора RMS и показано на дисплее Uc = 20338 B (рис.1). Действующее значение напряжения на первичной обмотке тягового трансформатора во время непроводящего состояния тиристоров ВИП Up можно рассчитать, применив второй закон Кирхгофа:
Up = Jyt2p - У2 = V272502 - 203382
= 18136 В.
Мощность АХ, которая образуется на входе регулятора из-за непроводящего состояния тиристоров ВИП, можно рассчитать по формуле (5): Д5 = УР • /¡п = 18136 • 35,51 = 644,01 кВА.
Для расчета активной и реактивной мощности в балансе мощностей (4) можно воспользоваться ФФТ анализом с помощью осциллоскопов и блока powerqui (рис. 1). В результате спектрального анализа несинусоидальных кривых Па и 1п получены величины и начальные фазы одноименных гармонических составляющих (рис. 4). Действующее значение напряжения первой гармоники
Транспорт
Modern technologies. System analysis. Modeling, 2019, vol 61, no. 1
ис1 = 19880 В, /1 = 50 Гц, действующее значение тока первой гармоники 1т1 = 34,48 A, /1 = 50 Гц. По формуле (6) рассчитана активная мощность с учетом угла сдвига по фазе одноименных гармонических составляющих тока относительно напряжения Р = 686,41 кВт погрешность расчета составляет 0,3 %. По формуле (7) рассчитана реактивная мощность на входе тягового электропривода секции электровоза Q = 231,74 квар. С помощью формулы (8) рассчитан аргумент полной мощности, входного электрического сопротивления тягового электропривода фг = 18,4 о, который свидетельствует об активно-индуктивном характере входного электрического сопротивления. Коэффициент мощности тягового электропривода Км = 686,41/967,65 = 0,71.
Проверяется баланс мощностей (4) и определяется погрешность расчетов
№
AS2 = V?2 + Q2; у/967,652 - 644,012 =
= 7б86,412 + 231,742.
Так как 722,217 кВА ~ 724,474 кВА, то погрешность расчета составляет 0,3 %.
Использование электрического потенциала контактной сети для тяги поезда сокращается из-за непроводящего состояния тиристоров ВИП, коммутации тока тиристорами ВИП и активно-реактивного характера входного электрического сопротивления тягового электропривода, что и является причинами снижения энергетической эффективности электрической тяги поездов.
Для оценки потерь мощности и энергии можно рассчитать КПД. Суммарная мощность на валах 4-х ТЭД Рв = 306,2 кВт определена с учетом момента сопротивления на валу каждого ТЭД 7772 Н м и скорости вращения вала 94 об/мин (Рис. 1). КПД тяговых электродвигателей птэд рассчитан с учетом напряжения и и тока 1й в контуре выпрямленного тока
Рв 306,2
пТЭп =-— • 100% =----100% =
Д % 153,2 • 3218 %
= 62 %.
КПД ВИП пвип:
153,2 • 3218 %ип = • 100% = 6836 41 • 100% =
= 72%.
Высокие потери электрической энергии в ВИП обусловлены работой тягового трансформатора, который является конструктивным элементом ВИП, в режиме короткого замыкания во время коммутации тока тиристорами. КПД тягового электропривода с ВИП п = 44,6 %. Потери активной мощности в контактной сети переменного тока составляют 3,152 кВт, а потери активной мощности в ВИП и в тяговом трансформаторе ЭПС -192,2 кВт. Таким образом, в тяговом трансформа-
торе и ВИП ЭПС потери активной мощности составляют 98 %, а потери активной мощности в контактной сети переменного тока с 2-х сторонним питанием 2 % от общих потерь активной мощности в данных устройствах. Из-за снижения напряжения на токоприемниках при работе 3-х -4-х секционных электровозов и вождении тяжеловесных, составных поездов, средняя участковая скорость движения поездов не превышает 40-43 км/ч, так же снижается производительность электрической тяги даже с тяговым электроснабжением по системе 2х25 кВ.
Рекомендации по использованию
результатов исследования
Из баланса мощностей и предложенных энергетических характеристик (4-8) следует научные работы ориентировать на разработку регуляторов мощности с управлением величины и поддержанием активного характера входного электрического сопротивления тягового электропривода ЭПС вместо разработки устройств компенсации мощности сдвига и мощности искажения.
В работах [17, 18] изложены принципы работы инновационных регуляторов мощности тягового электропривода ЭПС с управлением входным электрическим сопротивлением в пределах от бесконечно большого Zm = Utp/Iin ~ до Zm, зависящего от тягового и скоростного режима работы ЭПС. Для сравнения выполнен расчет энергетических характеристик тягового электропривода секции электровоза с заменой ВИП (рис. 1) на регулятор мощности с управляемым входным электрическим сопротивлением [18] и математическим моделированием (рис. 5).
На ЭПС переменного тока с тяговым трансформатором, который практически работает на холостом ходу до пуска электропривода, поэтому величина его входного электрического сопротивления большая. С подачей напряжения Up на первичную обмотку трансформатора, от секций вторичной обмотки суммарное напряжение секций U2 прикладывается на вход выпрямителя, собранного на диодах. Далее осуществялется заряд промежуточного накопителя электрической энергии в блоке ESV (Electric Semiconductor Variator) до амплитудного значения напряжения U2, диоды выпрямителя запираются, а входное электрическое сопротивление тягового электропривода Zm = Utp/Iin ~ При подаче прямоугольных импульсов управления на вход g блока ESV начинается отбор энергии от промежуточного накопителя и импульсное напряжение с клемм ± блока ESV прикладывается к обмоткам 4-х ТЭД (Рис. 5). Напряжение на промежуточном накопителе электрической энергии снижается, а отпирание и запирание диодов выпрямителя смещается к моментам перехода кривой пере-
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Современные технологии. Системный анализ. Моделирование № 1 (61) 2019
Рис. 5. Математическая модель тягового электропривода с управляемым входным электрическим сопротивлением одной секции грузового электровоза
тягового трансформатора при работе ESV
менного напряжения через ноль. От вторичной обмотки тягового трансформатора протекает ток для заряда накопителя энергии I2 =394,7 A. Входное электрическое сопротивление тягового электропривода снижается до Zm = Utp/Iin = 1375/394,7= 3,484 Ом.
Полная мощность на входе тягового электропривода SG = UtpIin = 27,39 22,73 =622,57 кВА. Так как выпрямитель собран на диодах, то в данном режиме работы электрический потенциал контактной сети непрерывно используется для электрической тяги поезда, на работу тягового трансформатора в режиме короткого замыкания вовремя коммутации тока в диодах выпрямителя и
на изменение энергии магнитного поля тягового трансформатора. На входе тягового электропривода ЭПС ир = 0, следовательно, ЛS = 0 (5).
Для расчета активной и реактивной мощности в балансе мощностей (4) можно воспользоваться ФФТ анализом с помощью осциллоскопа и блока powerqui (рис. 5). В результате спектрального анализа несинусоидальных кривых ир и 1ы (рис. 6) получены величины и начальные фазы одноименных гармонических составляющих (рис. 7). Действующее значение напряжения первой гармоники итр1 = 27390 В, /1 = 50 Гц, действующее значение тока первой гармоники Щ = 21,40 А, /1 = = 50 Гц (рис. 7).
Транспорт
Modern technologies. System analysis. Modeling, 2019, vol 61, no. 1
FFT window: 1 of 158.8 cycles of selected signal
3.002 3.004 3.006 3.008 3.01 3.012 3.014 3.016 3.018 Time (s)
Sampling time
Samples per cycle DC component Fundamental THD
2000 0.03118
30.2ь peak (21.4 rrns) 35.211
0 Hz (DC) 0 101 90 0°
50 Hz (End): 100 001 -18 1°
100 Hz (n2) 0 041 251 0°
150 Hz (ИЗ) 26 65% -20 1°
200 Hz (h4> 0 031 241 1°
250 Hz (h5) 15 531 -40 6°
300 Hz (h6) 0 031 229 3°
350 Hz ( n7 ) 10 76% -55 6°
400 Hz ( n8 ) 0 031 216 5°
450 Hz (пЭ> 8 001 -78 3°
500 Hz (hlQ) 0 031 204 4°
550 Hz (ПИ) 6 151 2 63 0°
600 Hz (nl2> 0 021 151 7°
¿50 Hz (hl3) 4 851 244 2"
700 Hz (nl4) 0 021 179 1°
750 Hz (hl5) 3 511 225 2°
800 Hz (hi 6) 0 021 166 4°
850 Hz (П17) 3 151 205 7°
S00 Hz (hl8) 0 011 153 9'
550 Hz (hl5) 2 531 185 7°
Рис. 7. Результаты спектрального анализа периодических функций Utp и lin
По формуле (6) рассчитана суммарная активная мощность учитываемых гармонических составляющих (рис. 7) с учетом угла сдвига по фазе одноименных гармонических составляющих тока относительно напряжения Р = 558,7 кВт. По формуле (7) рассчитана реактивная мощность на входе тягового электропривода секции электровоза Q = 177,4 квар. На индикаторе прибора Р, Q (рис. 5) активная мощность 559,4 кВт, реактивная мощность 178,3 квар, погрешность расчетов не превышает 0,1 %. С помощью формулы (8) рассчитан аргумент полной мощности, входного электрического сопротивления тягового электропривода = 17,7 о, который свидетельствует об активно-индуктивном характере входного электрического сопротивления. Коэффициент мощности тягового электропривода КМ =558,7/622,57 = = 0,897.
Коэффициент мощности тягового электропривода с Е8У на 20,8 % выше коэффициента мощности тягового электропривода с ВИП. У ЭПС с ВИП для необратимого преобразования электрической энергии в иной вид энергии используется напряжение на токоприемнике во время проводящего состояния тиристоров ВИП ис = 20338 В, численно равное геометрической сумме действующих значений, учитываемых нечетных гармонических составляющих напряжения и тока (рис. 4). Для необратимого преобразования электрической энергии в механическую и тепловую энергию ис-
пользуется все напряжение на токоприемнике ЭПС с ESV итр = 27390 В (рис. 7).
Проверяется баланс мощностей (4) и определяется погрешность расчетов
kj - AS2 = V^2 + Ç2;
7558,72 + 177,42 = 622,57.
Так как622,57 кВА ~ 586,20 кВА, то погрешность расчета составляет 5,8 %.
Тяговый и скоростной режим работы секции электровоза не отличается от ранее рассмотренного режима работы ЭПС с ВИП, поэтому мощность на валах 4-х ТЭД Рв = 309,1 кВт, КПД птэд = 62 %. Активная мощность, 4-х ТЭД Рй =309,1/0,62 = = 498,53 кВт, которая потребляется от блока Е8У. КПД разработанного регулятора мощности Пе8у с учетом потерь мощности в тяговом трансформаторе равен
Рй 498,53
^ = у • 100% = ^у ■ 100% = 89,2%.
Потери активной мощности в контактной сети переменного тока составляют 1,292 кВт, а потери активной мощности в Е8У и в тяговом трансформаторе ЭПС - 60,264 кВт. Таким образом, в тяговом трансформаторе и Е8У ЭПС потери активной мощности составляют 95 %, а потери активной мощности в контактной сети переменного тока с 2-х сторонним питанием составляют 5% от общих потерь активной мощности в данных элементах тягового электропривода.
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Современные технологии. Системный анализ. Моделирование № 1 (61) 2019
Ток на выходе Е8У является суммарным током 4-х ТЭД и составляет = 4812,8 = 3251,2 Л. Е8У обладает свойством электрического вариатора, если потерей мощности в Е8У пренебречь, то напряжение на выходе Е8У меньше напряжения на входе Е8У равнее и = 1375 В, поэтому ток на входе Е8У будет 12 =394,7 Л меньше тока на выходе Е8У и в 8 раз. КПД тягового электропривода с Е8У п = 55 % и выше на 18,9 % КПД тягового электропривода с ВИП за счет снижения тока, снижения потерь мощности в тяговом трансформаторе, в выпрямителе разработанного регулятора мощности и исключения сглаживающего реактора из электрической цепи электропривода. Действующий ток в контактной сети снижается на 36 % при работе ЭПС с разработанным регулятором мощности по сравнению с током при работе ЭПС с ВИПом. Врезультате выполненных исследований определены перспективные направления дальнейшего совершенствования электрической тяги поездов за счет повышения использования электрического потенциала на ЭПС, которые совпадают с направлением работ научной школы профессора А. Т. Буркова [19] по повышению напряжения и усилению тягового электроснабжения на железной дороге.
Заключение
1. Достоверность оценки эффективности использования электрической энергии для выполнения работы по известной методике с использованием признаков качества энергетического процесса, выделением основной гармоники напряжения, тока и оценки по предложенной методике с использованием уточненного закона сохранения энергии в электромагнитном поле доказана практически одинаковыми полученными результатами расчета.
2. Расчет активной мощности по методике с выделением основной гармоники напряжения и тока из спектра гармонических составляющих характеризуется удовлетворительной погрешностью и простотой вычислений. Аналитическое выражение для расчета активной мощности противоречит положениям фундаментальной электротехники и вызывает методологические противоречия в образовательном процессе подготовки специалистов.
3. Результаты расчета мощности сдвига и мощности искажения при применении известной методики, основанной на использовании признаков качества энергетического процесса V, cosф в
расчетах, ориентируют специалистов на разработку и изготовление фильтров и компенсаторов мощности сдвига для улучшения неудовлетворительной работы импульсных регуляторов мощности.
4. Предложенной методикой расчета энергетической эффективности электрической тяги поезда, основанной на уточненном законе сохранения энергии в электромагнитном поле, учитывается сокращение продолжительности необратимого преобразования электрической энергии в иной вид энергии реактивными элементами и полупроводниковыми приборами во время их непроводящего состояния. Для повышения энергетической эффективности электрической тяги целесообразно полностью использовать электрический потенциал контактной сети.
5. Регулятором входного электрического сопротивления тягового электропривода электровоза устраняется причина снижения энергетической эффективности электрической тяги поезда и повышается его электромагнитная совместимость с системой электроснабжения без применения фильтров и компенсаторов мощности сдвига.
6. Потери активной мощности в регуляторах тягового и скоростного режима ЭПС переменного тока составляют 95-98 %, а потери активной мощности в контактной сети составляют 5-2 % от суммарных потерь активной мощности в данных устройствах электрической тяги поезда.
7. Индуктивность контактной сети переменного тока, индуктивность тягового трансформатора и импульсные регуляторы мощности электроподвижного состава сдерживают дальнейшее повышение энергетической эффективности и производительности электрической тяги.
8. Перспективными направлениями дальнейшего совершенствования электрической тяги поездов с реализацией вождения тяжеловесных, составных поездов и высокоскоростного движения являются повышение напряжения на токоприемнике электровоза, применение контактных сетей постоянного тока высокого напряжения с использованием электрических полупроводниковых вариаторов для управления мощностью изготавливаемых и применяемых в настоящее время коллекторных и трехфазных асинхронных тяговых электродвигателей.
БИБЛИОГРФИЧЕСКИИ СПИСОК
1. Маевский О.А. Энергетические характеристики вентильных преобразователей. М. : Энергия, 1978. 320 с.
2. Зиновьев Г.С. Прямые методы расчета энергетических показателей вентильных преобразователей. Новосибирск : Изд-во Новосиб. гос. ун-та, 1990. 219 с.
3. Демирчан К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В. Теоретические основы электротехники. СПб. : Питер, 2009. Т. 2. 431 с.
4. Теоретические основы электротехники / под ред. П.А. Ионкина. М. : Высшая школа, 1976. Т. 1. 544 с.
5. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. М. : Высшая школа, 1996. 638 с.
Транспорт
Modern technologies. System analysis. Modeling, 2019, vol 61, no. 1
6. Бадер М.П. Повышение эффективности тягового электроснабжения постоянного тока и обеспечение электромагнитной совместимости // Электроснабжение и водоподготовка. 2000. № 2. С. 62-66.
7. Электромагнитная совместимость электроподвижного состава с тяговой сетью / А.И. Лещев и др. // Вестн. Вост.-украин. нац. ун-та. 2002. № 6 (52). С. 34-39.
8. Prasuna P.V., Rama Rao J.V.G., Lakshmi Ch.M. International Journal of Engineering Research and Applications (IJERA). 2013. Vol. 2 (4). Р. 2368-3376.
9. Mohanraj K., Lanya Bersis C., Sekhar S. Power Electronics and Renewable Energy Systems, Proceedings of ICPERES, 2014. Р. 29-38.
10. Jenella S., Radj Kumar V. Power Electronics and Renewable Energy Systems, Proceedings of ICPERES, 2014. Р. 225-236.
11. Teigelkotter J. Sprenger D. Мощные преобразователи на IGBT-транзисторах для применения на железнодорожном подвижном составе. Мюнхен : Siemens AG, 2000.
12. Литовченко В.В. 4qS - четырехквадрантный преобразователь электровозов переменного тока // Изв. ВУЗов. Электромеханика. 2000. № 3. С. 64-73.
13. Умов Н.А. Избранные сочинения. М.-Л. : Гостехиздат, 1950. 571 с.
14. Poynting J.H. On the Transfer of Energy in the Electromagnetic Field / Philosactions of the Royal Society. London: 175, 1884. Р. 343-361.
15. Уточненный закон сохранения энергии [Электронный ресурс] / Н.Л Рябченок и др. URL: http://www.rusnauka.com/42_PRNT_2015/Tecnic/5_202603.doc.htm. (дата обращения 17.10.2016).
16. Алексеева Т.Л., Рябченок Н.Л. Энергосберегающее использование электрической энергии // Universum: Технические науки. 2016. № 11 (32) : электрон. научн. журн. URL:http://7universum.com/ru/tech/arhive/item/3865 (дата обращения 17.10.2016).
17. Алексеева Т. Л., Рябченок Н.Л. Астраханцев Л.А. Technology of Electric Power Efficient Use in Transport // Energy Management of Municipal Transportation Facilities and Transport EMMFT 2017 : мaterials International Scientific Conference. SpringerLink, 2017. P. 120-133.
18. Инновационные перспективы тягового электроподвижного состава / А.В. Воротилкин и др. / Мир транспорта. 2015. Т. 13, № 6. С. 62-76.
19. Бурков А.Т. Электроника и преобразовательная техника [Электронный ресурс]. Т. 2. М. : УМЦ по образованию на ж.-д. трансп, 2015. 307 с. URL: http://elanbook.com/book/59179 (дата обращения 10.11.2017).
REFERENCES
1. Maevskii O.A. Energeticheskie kharakteristiki ventil'nykh preobrazovatelei [Energy characteristics of valve converters], Moscow: Energiya Publ., 1978, 320 p.
2. Zinov'ev G.S. Pryamye metody rascheta energeticheskikh pokazatelei ventil'nykh preobrazovatelei [Direct methods for calculating the energy performance of valve converters]. Novosibirsk: Novosibirsk state university Publ., 1990, 219 p.
3. Demirchan K.S., Neiman L.R., Korovkin N.V. Teoreticheskie osnovy elektrotekhniki [Theoretical foundations of electrical engineering]. St. Peterburg: Piter Publ., 2009. Vol.2, 431 p.
4. Ionkin P.A. (ed.). Teoreticheskie osnovy elektrotekhniki [Theoretical foundations of electrical engineering]. Moscow: Vysshaya shkola Publ., 1976. Vol.1, 544 p.
5. Bessonov L.A. Teoreticheskie osnovy elektrotekhniki [Theoretical foundations of electrical engineering]. Moscow: Vysshaya shkola Publ., 1996, 638 p.
6. Bader M.P. Povyshenie effektivnosti tyagovogo elektrosnabzheniya postoyannogo toka i obespechenie elektromagnitnoi sovmes-timosti [Improving the efficiency of DC power supply and ensuring electromagnetic compatibility]. Elektrosnabzhenie i vodopodgotovka [Power supply and water treatment], 2000. No.2, pp. 62-66.
7. Leshchev A.I., Litovchenko V.V., Sorin L.N., Suslova K.N. Elektromagnitnaya sovmestimost' elektropodvizhnogo sostava s tya-govoi set'yu [Electromagnetic compatibility of electric rolling stock with a traction network]. Vestnik Vostochno-ukrainskogo natsion-al'nogo universiteta [Bulletin of the East-Ukrainian National University], 2002. No.6(52), pp. 34-39.
8. Prasuna P.V., Rama Rao J.V.G., Lakshmi Ch.M. International Journal of Engineering Research and Applications (IJERA), 2013, Vol. 2 (4), pp. 2368-3376.
9. Mohanraj K., Lanya Bersis C., Sekhar S. Power Electronics and Renewable Energy Systems. Proceedings of ICPERES, 2014, pp. 29-38. ' '
10. Jenella S., Radj Kumar V. Power Electronics and Renewable Energy Systems. Proceedings of ICPERES, 2014, pp. 225-236.
11. J. Teigelkotter, D. Sprenger. Moshchnye preobrazovateli na IGBT-tranzistorakh dlya primeneniya na zheleznodorozhnom podvizhnom sostave [Powerful transducers with IGBT transistors for use in railway rolling stock]. Myunkhen: Siemens AG, 2000.
12. Litovchenko V.V. 4qS - chetyrekhkvadrantnyi preobrazovatel' elektrovozov peremennogo toka [4qS is the four-quadrant converter of AC electric locomotives]. Izv. VUZov. Elektromekhanika [News of the universities. Electromechanics], 2000. No.3, pp. 64-73.
13. Umov N.A. Izbrannye sochineniya [Selected Works]. Moscow-Leningrad: Gostekhizdat Publ., 1950. 571 p.
14. Poynting J.H. On the Transfer of Energy in the Electromagnetic Field. Philosactions of the Royal Society. London: 175, 1884, pp. 343-361. '
15. Ryabchenok N.L, Alekseeva T.L., Yakobchuk K.P., Astrakhantsev L.A. Utochnennyi zakon sokhraneniya energii [elektronnyi resurs] [Refined energy conservation law], 2015. Access mode. URL: http://www.rusnauka.com/42_PRNT_2015/Tecnic/ 5_202603.doc.htm (access date is 17.10.2016).
16. Alekseeva T.L., Ryabchenok N.L. Energosberegayushchee ispol'zovanie elektricheskoi energii [Energy-saving use of electric energy]. Universum: Tekhnicheskie nauki: elektron. nauchn. zhurn. [Universum: Technical sciences: electron. scientific journal], 2016. No.11(32). URL: http://7universum.com/ru/tech/arhive/item/3865
17. Alekseeva T.L., Ryabchenok N.L. Astrakhantsev L.A. Technology of Electric Power Efficient Use in Transport. Materialy International Scientific Conference Energy Management of Municipal Transportation Facilities and Transport EMMFT 2017. SpringerLink, 2017, pp. 120-133. ' '
18. Vorotilkin A.V., Mikhal'chuk N.L., Ryabchenok N.L., Alekseeva T.L. Innovatsionnye perspektivy tyagovogo elektropodvizhnogo sostava [Innovative perspectives of electric rolling stock]. Mir transporta [World of Transport], 2015, Vol. 13. No.6, pp. 62 - 76.
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Современные технологии. Системный анализ. Моделирование № 1 (61) 2019
19. Burkov A.T. Elektronika i preobrazovatel'naya tekhnika [Electronics and converter equipment]: Vol.2. Moscow: UMTs ZhDT Publ., 2015. 307 p. [Elektronic media]: http://e.lanbook.com/book/59179
Информация об авторах
Authors
Рябчёнок Наталья Леонидовна - к. т. н., доцент, заведующая кафедрой «Математика», Иркутский государственный университет путей сообщения, e-mail: [email protected]
Алексеева Татьяна Леонидовна - к. т. н., доцент кафедры «Математика», Иркутский государственный университет путей сообщения, e-mail: [email protected]
Астраханцев Леонид Алексеевич - д. т. н., профессор кафедры «Электроподвижной состав», Иркутский государственный университет путей сообщения, e-mail: [email protected]
Мартусов Алексей Леонидович - аспирант кафедры «Электроподвижной состав», Иркутский государственный университет путей сообщения, e-mail: [email protected]
Natal'ya Leonidovna Ryabchenok- Ph.D. in Engineering Science, Assoc. Prof., Head of the Subdepartment of Mathematics, Irkutsk State Transport University, e-mail: [email protected]
Tat'yana Leonidovna Alekseeva - Ph.D. in Engineering Science, Assoc. Prof. of the Subdepartment of Mathematics, Irkutsk State Transport University, e-mail: [email protected]
Leonid Alekseevich Astrakhantsev - Doctor of Engineering Science, Professor of the Subdepartment of Electric Stock, Irkutsk State Transport University, e-mail: [email protected]
Aleksei Leonidovich Martusov - Ph.D. student of the Subdepartment of Electric Stock, Irkutsk State Transport University, e-mail: [email protected]
Для цитирования
For citation
Рябчёнок Н. Л. Энергетическая эффективность электрической тяги поездов / Н. Л. Рябчёнок, Т. Л. Алексеева, Л. А. Астраханцев, А. Л. Мартусов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2019. - Т. 61, № 1. -С. 144-156. - БО!: 10.26731/1813-9108.2019.1(61).144-156
Ryabchenok N. L., Alekseeva T. L., Astrakhantsev L. A., Martusov A. L. Energeticheskaya effektivnost' elektricheskoy tyagi poyezdov [Energy efficiency in railway electric traction]. Sov-remennyye tekhnologii. Sistemnyy analiz. Modelirovaniye [Modern Technologies. System Analysis. Modeling], 2019, Vol. 61, No. 1, pp. 144-156. DOI: 10.26731/1813-9108.2019.1(61).144-156
УДК 519.6:311 DOI: 10.26731/1813-9108.2019.1(61)156-166
В. Л. Незевак
Омский государственный университет путей сообщения, г. Омск, Российская Федерация Дата поступления: 06 октября 2018 г.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ НА ТЯГУ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ПАРАМЕТРОВ ГРАФИКА ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ НА ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ УЧАСТКАХ С Ш-М И ^-М ТИПОМ ПРОФИЛЯ ПУТИ
Аннотация. В статье рассмотрены вопросы моделирования процессов электропотребления на тягу на участках с горным профилем пути. Имитационное моделирование проведено для серии вариантов с различными параметрами графика движения грузовых поездов и сохранением неизменными нормообразующих факторов. Полученные в ходе имитационного моделирования результаты изменения объема электропотребления электроподвижным составом и уровня небаланса энергии для существующих участков постоянного и переменного тока позволили перейти к описанию результатов на основе регрессионного анализа и аппарата нейронных сетей. Выполнено сравнение результатов различных моделей для оценки изменения объемов электропотребления и небаланса электроэнергии и выбраны модели с наилучшими результатами приближения, что позволяет их использовать для оценки графиков движения поездов по критерию энергетической эффективности.
Ключевые слова: тяговые расчеты, имитационное моделирование, система тягового электроснабжения, электроподвижной состав, объем электроэнергии на тягу, график движения поездов, небаланс энергии, коэффициент интенсивности, межпоездные интервалы, пакеты поездов, остановки, энергосберегающие нитки, варианты расчетов, аналитическое представление, регрессионная модель, нейронная сеть, многослойный персептрон.
V. L. Nezevak
Omsk State Transport University, Omsk, Russian Federation Received: October 06, 2018
MODELING POWER CONSUMPTION FOR TRACTION WHEN CHANGING THE SETTINGS OF THE SCHEDULE OF TRAINS AT ELECTRIFIED SECTIONS WITH THE TRACK PROFILE TYPES III AND IV
Abstract. The article discusses the modeling ofpower consumption processes for traction at sections with a mountain track profile. Simulation modeling was carried out for a series of variants with different parameters for the schedule of the movement offreight
156
© В. Л. Незевак, 2019
