Аннотация: Приведены результаты анализа перспективных направлений разработки и исследования тяговых электроприводов, показана актуальность применения синхронных реактивных двигателей (СРД). Приведено математическое описание СРД в двухфазной системе координат, вращающейся синхронно с ротором. Синтезирована система векторного управления СРД, выведены передаточные функции замкнутых контуров регулирования двух проекций токов обмотки статора, даны рекомендации по расчету регуляторов тока и частоты вращения. Получены аналитические формулы задания на проекции токов обмотки статора в функции задания на электромагнитный момент, применение которых позволяет минимизировать ток обмотки статора во всем диапазоне изменения частоты вращения. Приведены результаты компьютерного моделирования электропривода с двигателем мощностью 102 кВт, подтверждающие работоспособность предложенных решений по минимизации тока. Установлено, что в зоне постоянства момента выбором оптимальных заданий на токи обмотки статора можно добиться уменьшения тока статора на 29,7% по сравнению с режимом работы с постоянным заданием на проекцию тока обмотки статора на ось d при уменьшении нагрузки ниже номинального значения. В зоне постоянства мощности эффект уменьшения тока пренебрежимо мал по сравнению с классическим вариантом системы векторного управления. Дана сравнительная оценка полученных результатов с результатами исследования других систем управления СРД и синхронных двигателей с возбуждением от постоянных магнитов.

Аннотация: Для обнаружения излома рельсов используют различные сигнальные токи, например, ток рельсовых цепей. В то же время на участках с электротягой при движении поездов в рельсовых линиях всегда есть тяговый ток, который можно использовать в качестве сигнального тока. Сигналом о возникновении излома рельсов может быть скачкообразное увеличение асимметрии тягового тока. В статье приведены некоторые результаты исследований того, как изменяется асимметрия первой и третьей гармоник переменного тягового тока на концах рельсовой цепи при изломе рельса. Исследования проведены при разных длинах рельсовых цепей, при разных значениях тягового тока в рельсовой линии и при разных видах асимметрии сопротивлений рельсовых нитей в ней. Показано, что излом рельса резко увеличивает относительную асимметрию переменного тягового тока на концах рельсовых цепей. Показано, что этот способ обеспечивает своевременность и достоверность обнаружения излома рельса.

Аннотация: Моделирование систем тягового электроснабжения выполняется для больших полигонов электрифицированных железных дорог – магистральных электрических железных дорог или линии в целом для метрополитенов. Возможности вычислительной техники и теоретические наработки позволяют рассчитывать квазиустановившиеся режимы с приемлемым временем ожидания, однако спектр задач для программных комплексов по расчёту систем тягового электроснабжения увеличивается, необходимы расчёты переходных процессов и электромагнитной совместимости, учёт реального напряжения на токоприёмнике электроподвижного состава, расчёт аварийных режимов с учётом глухих и дуговых коротких замыканий и т.д., что позволит решать задачи, связанные с выбором адекватной уставки защитных устройств, с оценкой влияния генераторных режимов работы электроподвижного состава на отключающую способность быстродействующих выключателей, безопасностью прохождения электровоза изолирующего сопряжения под током, расчётом необходимой мощности реактора и параметров фильтр-устройств и т.д. При таких условиях расчёт вновь становится трудоёмкой вычислительной задачей. Возможности повышения скорости расчётов кроются в применении параллельных вычислений, когда увеличение скорости расчётов происходит как за счёт одновременного выполнения нескольких расчётов, так и за счёт того, что общий большой объём данных делится на части и обрабатывается в нескольких параллельных расчётах, то есть происходит уменьшение объёма расчётных данных для каждого из параллельно выполняемых расчётов. Такой подход применим и при расчётах электрических схем. В статье приводится описание методики ускорения расчётов электрических схем путем параллельного расчёта подсхем на примере четырёхфазного повышающего полупроводникового преобразователя с плавающим чередованием.

Аннотация: Рассмотрены возможности использовании прямого управления мгновенным моментом вентильно-индукторного двигателя для тяговых электроприводов. Выявлены причины, по которым при обычной разбивке в системе управления одного оборота ротора на восемь равных секторов, ограничение пульсаций момента возможно только в относительно небольшом диапазоне малых скоростей, а для его расширения необходимо чрезмерное увеличение напряжения силового источника питания. Обоснована целесообразность увеличения количества секторов до 12 при соответствующем изменении их угловых размеров. Угловые положения начала переключения смежных фаз предложено изменять в зависимости от заданного значения момента и скорости двигателя. Предложенные меры позволяют обеспечить корректную работу алгоритма компенсации пульсаций момента при любых сочетаниях заданных значений момента и скорости двигателя в пределах их номинальных значений при дополнительном запасе по напряжению силового источника питания не более 10%. Эффективность предложенных решений подтверждена имитационным моделированием в среде MATLAB Simulink.

Аннотация: Статья посвящена совершенствованию схем канализации обратного тягового тока в системе тягового электроснабжения железнодорожного транспорта. Для снижения негативного влияния обратного тягового тока на работу электрических рельсовых цепей железнодорожной автоматики предложено применение в обратной тяговой рельсовой сети фильтрующего устройства, выполненного на основе дроссельтрансформатора серийного производства. Сформулированы показатели для оценки возможности такого применения. Даны рекомендации по реализации предложенного решения с целью снижения непроизводительных потерь электроэнергии в электротехнической системе тягового электроснабжения и обеспечения безопасности движения поездов.

Аннотация: На примере системы с одной степенью свободы рассмотрены способы расчёта энергетических характеристик колебательных процессов в электрических и механических системах. Для анализа использован аппарат частотных характеристик, обобщённых гармонических сигналов, а также способы анализа электрических систем. Определены аналитические выражения для активной и реактивной мощности внешней и внутренних сил, обеспечивающие условие баланса мощностей колебательной системы. Показано, что коэффициенты мощности и реактивной мощности системы зависят от частоты и затухания в системе. Предложено задачу оптимизации параметров системы рассматривать как задачу минимизации её активной мощности

Аннотация: Рассмотрено моделирование асинхронного двигателя методом переменных пространства состояний, адекватность предложенного метода показана с помощью расчётов энергетической установки электроподвижного состава. Показано, что такой подход может быть применён для расчётов системы тягового электроснабжения с подробным воспроизведением преобразовательных систем и систем тягового электропривода.

Аннотация: Линейная дистанция между высокоскоростными поездами при скорости движения 360 км/час достигает 60 км при 10 минутном интервале движения. При такой линейной дистанции тормозной путь поезда на порядок меньше линейной дистанции, что позволяет упростить систему интервального регулирования. Предлагается в этом случае использовать принцип полуавтоматической блокировки. При уменьшении интервала движения между поездами до 2–3 мин тормозной путь поезда становится соизмерим с линейной дистанцией. Как показало моделирование, организация движения с регулятором на борту локомотива, использующим закон управления по ускорению, позволяет обеспечить безопасность движения поездов в аварийных ситуациях, когда впереди идущий поезд практически мгновенно останавливается (скорость движения равна нулю, имитация схода поезда). Рассмотренный закон управления также позволяет обеспечить устойчивость движения нескольких поездов, движущихся с минимальным интервалом; в частности моделировалось движение пяти поездов. Система управления поездами должна предусматривать возможность аварийных остановок поездов и обеспечивать реконфигурацию на больший интервал для обеспечения безопасности движения поездов.

Аннотация: Квазирезонансные преобразователи позволяют уменьшить частотно-зависимую часть потерь энергии, что способствует решению проблемы повышения рабочей частоты. Известен ряд классов преобразователей, использующих явление квази-резонанса с переключением при нулевых токах и напряжениях, оптимальные схемы которых построены на основе базовых топологий импульсных ШИМ-преобразователей путем простой замены силового ключа резонансным. Однако в таких преобразователях применяется, как правило, частотный метод управления, имеющий ряд недостатков. Переход к режиму широтно-импульсной модуляции с постоянной частотой коммутации возможен лишь при введении в схему дополнительных ключевых компонентов, что усложняет как силовую часть квазирезонансного преобразователя, так и систему его управления. В статье рассмотрены базовые топологии понижающего и повышающего квази-ШИМ преобразователей, в которых обеспечиваются естественный процесс прерывания резонанса и переход к режиму управления по методу ШИМ с постоянной частотой коммутации без применения каких-либо дополнительных активных или пассивных компоненты цепи.