№ 2 (2022)



  

 ..,  ..,  ..

Конденсаторно-транзисторный модуль зажигания

газового двигателя внутреннего сгорания ............................................................... 2

 ..,  ..,  ..

Энергетический критерий выявления обрыва

тиристорного плеча силового преобразователя

электровоза переменного тока .....................................................................................6

 .., ...,  ..,  ..,

 ..,  ..,  ..,  ..,  ..

Исследование работоспособности электромеханических

систем движительно-рулевого комплекса

бывшего в длительной эксплуатации

обитаемого подводного аппарата ............................................................................. 11

 ..,  ..,  ..,  ..

Фильтрокомпенсирующая установка для повышения

пропускной способности и снижения потерь мощности

в тяговой сети железных дорог ..................................................................................... 18

  ,

, 

 ..

Новые системы изоляции тяговых двигателей ..................................................... 23

 ..,  ..,  ..

Cовершенствование системы контроля изоляции

тяговых двигателей локомотивов ............................................................................. 26

  

 .

Контроль технического состояния силовых трансформаторов

методом акустического диагностирования .......................................................... 31

 ..,  ..,  ..,  ..

Разработка вероятностно-статистической

математической модели и критерия оценки соответствия

бортового электрооборудования партии автомобилей

по параметрам помехоустойчивости ...................................................................... 39

 

 ..

Электромагнитные процессы в бесконтактных

двигателях постоянного тока с двумя индукторами ........................................ 44

 

- 

«  -

 »  -

  

  .

   – -

- -

 « 

».

    -

,  

   

 .

Свидетельство о регистрации СМИ

ПИ N ФС 77-29963

от 17 октября 2007 г.

 :

В.А. Осипова

 :

М.П. Бадер, д.т.н., профессор

В.Я. Беспалов, д.т.н., профессор

А.С. Веденеев, д.ф.-м.н., доцент

Л.А. Герман, д.т.н., профессор

Ю.М. Иньков, д.т.н., профессор

В.В. Калугин, д.т.н., доцент

А.А. Ковалев, д.т.н.

К.Л. Ковалев, д.т.н., доцент

В.Н. Козловский, д.т.н., доцент

А.С. Космодамианский, д.т.н.,

профессор

А.И. Попов, д.т.н., профессор

В.Т. Пенкин, д.т.н., доцент

С.Т. Рембеза, д.ф.-м.н., профессор

В.И. Сарбаев, д.т.н., профессор

М.В. Шевлюгин, д.т.н., доцент

В.Е. Ютт, д.т.н., профессор

 :

О.А. Кожухова

:

140070, Московская область,

Люберецкий район, п. Томилино,

ул. Гаршина, д. 11.

Тел./факс: (495) 500-40-20

E-mail: npptez@mail.ru

Сайт: www.npptez.ru

  : 15.04.2022 г.

Журнал издается в электронном

виде.

Адрес сайта: eet-journal.ru

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 2 (2022)

Улучшение эксплуатационных

показателей топливной экономично-

сти и экологичности ДВС с искровым

зажиганием может быть достигнуто

при помощи двигателя, способного

работать при малых и средних на-

грузках на бедных топливовоздуш-

ных смесях [1,2].

При использовании в двигате-

ле газовоздушной смеси возникают

проблемы, связанные с низкой ско-

ростью горения и резким снижением

по мере обеднения скорости сгора-

ния природного газа, что является

одной из причин повышения выбро-

сов несгоревших углеводородов CH,

падения мощности и КПД газового

двигателя [3].

Эмиссия вредных веществ газово-

го двигателя внутреннего сгорания

(ДВС) строго ограничивается норма-

тивными требованиями [4]. Поэтому

перебой в зажигании и неполное сго-

рание рабочей смеси, вызывающее

резкое увеличение эмиссии угле-

водородов (СН), должны обязатель-

но исключаться. Одним из условий

этого является способность системы

зажигания генерировать достаточно

большую энергию зажигания на про-

тяжении всего срока службы.

В самом начале своего распро-

странения от свечи скорость пламе-

ни близка к скорости ламинарного

горения (с учетом расширения про-

дуктов сгорания). Затем скорость рас-

пространения пламени постепенно

увеличивается. Скорость распростра-

нения пламени в основной фазе сго-

рания подчиняется законам крупно-

масштабного турбулентного горения,

мало зависит от физико-химических

свойств горючей смеси и практиче-

ски почти целиком определяется

скоростями крупных турбулентных

пульсаций. Это приводит к тому, что

длительность основной фазы горения

оказывается почти независящей от

частоты вращения коленчатого вала и

мало зависит от состава смеси [5].

Факторы, способствующие рас-

ширению зоны пламени, как, напри-

мер, обеднение смеси, разбавление

ее инертными газами, снижение

давления, требуют увеличения кри-

тической мощности искры. Послед-

няя также возрастает при воспламе-

нении турбулизированных смесей,

что объясняется увеличенной ши-

риной зоны турбулентного горения

по сравнению с зоной ламинарного

пламени. Высокая мощность индук-

тивной фазы разряда, в процессе

которой к начальному очажку горе-

ния подводится дополнительная те-

пловая энергия, способствует более

стабильному воспламенению в дви-

гателях, особенно на режимах малых

нагрузок и при работе на обеднен-

ных смесях. Скорость распростране-

ния пламени сильно возрастает, если

газовоздушная смесь находится в ин-

тенсивном турбулентном движении.

Таким образом, форсирование

начальной фазы, т.е. форсирование

начального очага горения, сокраща-

ет ее длительность, снижает вероят-

ность пропусков воспламенения, и

-  

   

// CAPACITORTRANSISTOR IGNITION MODULE

OF A GAS INTERNAL COMBUSTION ENGINE //

 ..,

 

 ,

. 

 ..,

 

 

 ,

. 

 ..,

 

 ,

. 

Повышение надежности работы

системы зажигания газового двига-

теля зависит от качества и надеж-

ности искрообразования в цилин-

драх двигателя. Статья посвящена

исследованию влияния параметров

искрового разряда на качество сго-

рания газовоздушной смеси при раз-

личных типах катушек зажигания и

различных свечах зажигания. Пред-

ложена структурная схема конден-

саторно-транзисторного модуля

системы зажигания. Обнаружено,

что использование конденсатор-

но-транзисторной системы зажи-

гания позволяет получить искровой

разряд с высокой длительностью и

с высокой скоростью нарастания

напряжения на свече зажигания. При-

ведены результаты сравнительных

испытаний транзисторной, конден-

саторной и конденсаторно-транзи-

сторной систем зажигания.

Ключевые слова: конденсаторная

система зажигания, свеча зажигания,

катушка зажигания, газовоздушная

смесь, искровой разряд, газовый дви-

гатель.

Improving the reliability of the

ignition system of a gas engine depends

on the quality and reliability of sparking

in the engine cylinders. The article is

devoted to the study of the inuence

of spark discharge parameters on the

quality of combustion of a gas-air mixture

with various types of ignition coils and

various spark plugs. A block diagram

of the capacitor-transistor module of

the ignition system is proposed. The

use of a capacitor-transistor ignition

system makes it possible to obtain a

spark discharge with a high duration

and a high rate of voltage rise on the

spark plug has been found. The results of

comparative tests of transistor, capacitor

and capacitor-transistor ignition systems

are presented.

Key words: capacitor ignition system,

spark plug, ignition coil, gas-air mixture,

spark discharge, gas engine.

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 2 (2022)

достигается увеличением межэлек-

тродного зазора свечи зажигания и

мощности искры [6].

Формирование инициирующего

разряда в современных двигателях

внутреннего сгорания (ДВС) обычно

осуществляется транзисторным, кон-

денсаторным или комбинированным

(конденсаторно-транзисторным или

конденсаторно-тиристорным) око-

нечным каскадом электронной си-

стемы управления двигателем (ЭСУД),

цикл разряда которого состоит из

двух основных этапов. Первый этап –

заряд распределенных емкостей вто-

ричной обмотки катушки зажигания и

быстрый рост высокого напряжения,

а на втором этапе происходит пробой

межэлектродного зазора в свече за-

жигания и формирование иницииру-

ющего разряда, имеющего две состав-

ляющие: емкостную и индуктивную.

В течение емкостной фазы раз-

ряда происходит практически мгно-

венное нагревание газовоздушной

смеси искровом канале до темпера-

тур, превышающих 104 градусов, а

основная энергия выделяется в ин-

дуктивной фазе, что препятствует за-

туханию горения, так как количество

тепловой энергии этой фазы значи-

тельно больше, чем емкостной.

В транзисторных системах зажи-

гания токовременные характеристи-

ки индуктивной составляющей ини-

циирующего разряда определяются

в основном параметрами вторичной

высоковольтной цепи разряда и не

зависят от параметров разомкнутой

первичной низковольтной цепи.

Анализ литературы и результаты

экспериментальных исследований

показывают, что искровой разряд

транзисторных систем зажигания с

накоплением энергии в индуктивно-

сти остро нуждается в повышении

разрядного тока даже в ущерб его

длительности. В системах с накопле-

нием энергии в конденсаторе (КСЗ)

реализуется разряд с повышенными

токами.

Пробивное напряжение опре-

деляется не только электрическим

полем, необходимым для возникно-

вения пробоя искрового промежут-

ка свечи зажигания, но и скоростью

нарастания напряжения. Известно,

что увеличение скорости нарастания

напряжения ведет к уменьшению

пробивного напряжения [6].

Высокая скорость нарастания на-

пряжения, обеспечиваемая КСЗ, позво-

ляет при соответствующей полярности

приложенного напряжения увеличить

до 0,75-1,1 мм межэлектродный зазор

свечи зажигания, что подтверждено

данными, полученными на моторном

стенде НТЦ ОАО “КАМАЗ”.

Форма напряжения во вторичной

цепи катушки зажигания штатной

транзисторной системы зажигания в

составе ЭСУД «М20» газового двига-

теля КамАЗ мод.820.52-260 показана

на рис 1.

На рис. 1 обозначены: U

– напря-

жение, формируемое во вторичной

цепи при накоплении энергии (при

линейном нарастании тока в пер-

вичной цепи катушки зажигания);

– напряжение пробоя искрово-

го промежутка свечи зажигания;

– падение напряжения на участ-

ке – внутреннее сопротивление

свечи зажигания и искровой про-

межуток свечи; t

– время накопле-

ния энергии в первичной обмотке и

магнитопроводе катушки зажигания;

– время “сброса” энергии катушки

зажигания – длительность горения

искры; t

– время “рассеивания” оста-

точной энергии катушки зажигания

после прекращения горения искры.

На основании анализа проведен-

ных лабораторных и моторных испы-

таний штатной транзисторной систе-

мы зажигания и КСЗ был разработан

конденсаторно-транзисторный мо-

дуль зажигания (КТМЗ) для ЭСУД с

двухфазной индуктивной составля-

ющей искрового разряда, позволя-

ющий совместить все достоинства

конденсаторной и транзисторной си-

стем зажигания – высокое значение

амплитуды тока первой индуктивной

составляющей искрового разряда и

высокую скорость нарастания вто-

ричного напряжения [7]. Такое по-

строение КТМЗ позволяет пробить

увеличенный искровой зазор свечи

зажигания, а также получить боль-

шую длительность второй индуктив-

ной фазы искрового разряда, харак-

терную для транзисторной системы

зажигания.

Структурная схема конденсатор-

но-транзисторного модуля зажига-

ния приведена на рис. 2.

Модуль конденсаторно-транзи-

сторной системы зажигания КТМЗ

содержит формирователь импульса

управления Ф, определяющий дли-

тельность открытого состояния тран-

зисторного ключа Кл, и запускаемый

от датчика момента искрообразова-

ния ДМИ. Накопительный конденса-

тор С заряжается от повышающего

преобразователя напряжения ПН

[8] до напряжения 300 – 350 В. Для

защиты транзисторного ключа Кл от

повышенного напряжения применен

блок защиты БЗ. Первичная обмотка

катушка зажигания КЗ подключена к

выходу модуля зажигания.

При уменьшении напряжения на

конденсаторе С до уровня напряже-

ния бортовой сети, открывается диод

VD, и ток течет от бортовой сети че-

рез диод VD, первичную обмотку ка-

тушки зажигания и транзисторный

ключ. При запирании транзистор-

Рис. 1. Форма напряжения во вторичной цепи катушки зажигания штатной

транзисторной системой зажигания

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 2 (2022)

ного ключа начинается вторая (ин-

дуктивная) фаза искрового разряда,

когда накопленная в магнитном поле

катушки энергия вызывает в искро-

вом зазоре свечи зажигания второй

разряд обратной полярности.

Токи первичной (I

) и вторич-

ной (I

) обмоток катушки зажигания

27.3705, полученные в приборе для

проверки свечей зажигания Э203-П

при давлении 10 атм., показаны на

рис. 3. Межэлектродное расстояние

в свече зажигания BRISK SUPER было

установлено 0,75 мм.

Эффективное смесеобразование

с обеспечением легкого доступа сме-

си к свече зажигания улучшает вос-

пламеняемость так же, как и большие

токи, продолжительность и длина ис-

крового разряда, создаваемые боль-

шим зазором между электродами»

свечи зажигания. Турбулентность

смеси благоприятно на сказывается

на ее воспламенении, так как она обе-

спечивает ускоренное расширение

фронта пламени в камере сгорания и,

следовательно, ускоренное сгорание

смеси во всей камере сгорания.

Формы искрового разряда кон-

денсаторно-транзисторной системы

зажигания при испытании на шаро-

вом разряднике при искровом зазоре

8 мм при наличии и отсутствии турбу-

лентного потока показаны на рис. 4.

Проведенные моторные испыта-

ния транзисторной системы зажи-

гания газового двигателя показали

отсутствие пропусков процесса ис-

крообразования в цилиндре двига-

теля.

При токе разрыва 7,5–8,0 А и на-

пряжении питания бортовой сети

24 В время накопления энергии со-

ставляет 1,8–2,4 мс, а время “сброса”

энергии зависит от режима работы

двигателя. При частоте вращения

800 об/мин время “сброса” энергии

составляет 2,6 мс и с увеличением ча-

стоты вращения и нагрузки двигате-

ля уменьшается до 0,35 мс. При этом

эффективность поджога газовоздуш-

ной смеси резко снижается.

По результатам испытаний был

сделан вывод, что для повышения

эффективности поджога газовоздуш-

ной смеси необходимо увеличить

энергию искрового разряда.

В результате лабораторных ис-

следований и моторных испытаний

восьмиканальной конденсаторной

системы зажигания в составе микро-

процессорной системы управления

зажиганием [9, 10] и на моторном

стенде НТЦ КАМАЗ выявлено:

- в цилиндре газового двигателя

происходит существенное увеличе-

ние амплитуды тока второй индук-

тивной составляющей искрового

разряда, по сравнению с испытани-

ем в камере прибора

Э203-П, в связи с суще-

ственной разницей в

температурах за счет

выделения тепла в про-

цессе горения топливо-

воздушной смеси при

моторных испытаниях.

При повышении темпе-

ратуры увеличивается

электропроводность

искрового промежут-

ка, что приводит к уве-

личению тока второй

индуктивной составля-

ющей искрового раз-

ряда;

- независимость то-

ковременных параме-

тров первой и второй индуктивных

составляющих искрового разряда от

частоты вращения и нагрузки газо-

вого двигателя (для транзисторной

системы на нагрузочных режимах

характерна аномалия, т.е. в момент

резкого нарастания давления в ци-

линдре «хвостовая» часть разряда

гасится, а в обмотках катушки зажига-

ния появляется мощный колебатель-

ный процесс рассеивания накоплен-

ной энергии).

Моторные испытания показали,

что КCЗ позволяют исключить про-

пуски в системе зажигания, снизить

расход топлива от 7 до 13 % на раз-

личных режимах работы двигателя и

уменьшить выбросы углеводородов

на холостом ходе до 70% по сравне-

нию с оконечным транзисторным

каскадом BOSCH.

Лабораторные и моторные испы-

тания конденсаторно-транзистор-

ной системы зажигания показали,

что данная система обеспечивает

Рис. 2. Структурная схема конденсаторно-транзисторной

системы зажигания

Рис. 3. Амплитудно-временные параметры КТМЗ с

катушкой зажигания 27.3705 при испытании

в камере прибора Э203-П

Рис. 4. Формы искрового разряда

конденсаторно-транзисторной системы зажигания

при испытании на шаровом разряднике

1 – скорость турбулентного потока 10 м/с;

2 – отсутствие турбулентности

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 2 (2022)

повышение эффективности поджога

газо-воздушной смеси в цилиндрах

газового ДВС из-за наличия двупо-

лярного искрового разряда большой

мощности и длительности при по-

мощи одного транзисторного ключа,

что позволяет исключить пропуски

в системе зажигания, снизить расход

топлива от 7 до 13 % на различных

режимах работы двигателя и умень-

шить выбросы углеводородов на хо-

лостом ходе до 70% по сравнению с

оконечным транзисторным каскадом

BOSCH. Также преимуществом раз-

работанной конденсаторно-транзи-

сторной системы зажигания является

возможность ее использования со

стандартной катушкой в составе ав-

томобильной системы зажигания.



1. Барский, И. А. Повышение экономич-

ности газового двигателя с искровым

зажиганием на частичных нагрузках /

Барский И.А., Вальехо Мальдонадо П.

Р. // Автомобильная промышленность,

2008. – № 9. – С. 10-11.

2. Ютт, В. Е. Электрооборудование ав-

томобилей. Учеб. для студентов вузов

/ В. Е. Ютт. – М. : Транспорт, 1995.- 304 с

3. Контроль параметров искрового

разряда в двигателе внутреннего сго-

рания / А.И. Нефедьев, В.Г. Гусев, Д.И.

Нефедьев, В.Г. Шаронова // Измере-

ние. Мониторинг. Управление. Кон-

троль. – 2020. – № 4 (34). – 51-57.

4. ГОСТ Р 54942-2012. Газобаллонные

автомобили с искровыми двигате-

лями. Выбросы вредных (загрязня-

ющих) веществ с отработавшими

газами. Нормы и методы контроля

при оценке технического состояния.

Введен 01.03.2013 г. – М. : Стандартин-

форм, 2013. – 14 с.

5. Францев, С.М. Исследование дли-

тельности искрового разряда транзи-

сторной системы зажигания на нагру-

зочных режимах работы и холостом

ходу двигателя / С.М. Францев, А.Ю.

Кавторев // Современные проблемы

науки и образования. – 2015. – № 1-1.

6. Шаронов, Г.И. Конденсаторные

модули зажигания для двигателей

внутреннего сгорания: монография

/ Г.И. Шаронов, А.И. Нефедьев, Л.А.

Симонова; Казанский федеральный

ун-т, Набережночелнинский ин-т. –

Казань: монография, 2016. – 138 с.

7. Патент РФ на ПМ №116578, МПК

F02P 3/08. Коммутатор системы за-

жигания двигателя внутреннего сго-

рания / А.И. Нефедьев, Г.И. Шаронов;

– № 2011150378/07; заявл. 09.12.2011;

опубл. 27.05.2012; Бюл. № 15.

8. Нефедьев, А.И. Однотактный обрат-

ноходовый стабилизированный пре-

образователь постоянного напряже-

ния / А.И. Нефедьев, Г.И. Шаронов //

Электроника и электрооборудова-

ние транспорта. – 2015. – № 2. – 24-26.

9. Нефедьев, А.И. Development of

Microprocessor-Based Car Engine

Control System / А.И. Нефедьев, Г.И.

Шаронов // Procedia Engineering. Vol.

150 : 2nd International Conference

on Industrial Engineering (ICIE-2016)

/ ed. by A.A. Radionov. – [Elsevier

publishing], 2016. – P. 1341-1344.

10. Шаронов, Г.И. Микропроцессор-

ная система управления силовым

агрегатом автомобиля / Г.И. Шаро-

нов, А.И. Нефедьев // Электроника и

электрооборудование транспорта. –

2016. – № 3. – 2-4.

  

Родился в 1965 году. В 1987 году

окончил Пензенский политехни-

ческий институт по специальности

«Радиотехника». В 2000 году защи-

тил кандидатскую диссертацию, а в

2013 – докторскую. Тема докторской

диссертации: «Широкодиапазонные

электростатические и электродина-

мические компараторы переменного

тока для измерений электроэнергети-

ческих величин». Доктор технических

наук, доцент. Опыт работы – 34 года.

В настоящий момент работает про-

фессором кафедры «Электротехника»

Волгоградского государственного

технического университета. Автор

более 230 публикаций, в том числе 67

авторских свидетельств и патентов.

Nefediev Alexey Ivanovich

Was born in 1965. In 1987 he

graduated from the Penza Polytechnic

Institute majoring in Radio Engineering.

In 2000 he defended his Candidate’s

dissertation and in 2013 his

Doctor’s dissertation. Topic of

doctoral dissertation: “Wide-range

electrostatic and electrodynamic

alternating current comparators for

measuring electric power quantity”

Doctor of Technical Sciences, Associate

Professor. 34-year work experience.

At the moment he works as the

professor at the Electrical Engineering

Department of the Volgograd State

Technical University. Author of more

than 230 publications, including 67

 



Родилась в 1973 году. В 2004 году

окончила Пензенский государствен-

ный университет архитектуры и стро-

ительства по специальности «Ар-

хитектура». Опыт работы 24 года. В

настоящее время работает старшим

преподавателем кафедры «Основы

архитектурного проектирования»

Пензенского государственного уни-

верситета архитектуры и строитель-

ства. Автор более публикаций, в том

числе 14 авторских свидетельств и

патентов.

Sharonova Veronika

Gennadievna

Was born in 1973. n 2004 she

graduated from the Penza State

University of Architecture and

Construction majoring in Architecture.

She has 24-year work experience.

At the moment he works as Senior

Lecturer at the Architectural Basis

of Design Department of the Penza

State University of Architecture

and Construction. Author of many

publications, including 14 copyright

certicates and patents.

  

Родился в 1995 году. В 2019 году

закончил Волгоградский государ-

ственный технический университет

по специальности «Конструктор-

ско-технологическое обеспечение

машиностроительных производств».

В настоящий момент является аспи-

рантом кафедры «Электротехника»

Волгоградского государственного

технического университета. Автор 4

научных статей.

Gusev Vladimir Georgievich

Was born in 1995. In 2019 he

graduated from the Volgograd State

Technical University majoring in Design

and Technological Support of Machine-

Building Production. At the moment

he is post-graduate student of the

Electrical Engineering Department

of the Volgograd State Technical

University. Author of 4 scientic articles.

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 2 (2022)

Энергетический критерий выявления обрыва

тиристорного плеча силового преобразователя

электровоза переменного тока

// ENERGY CRITERION FOR DETECTION OF THE BREAK IN THE THYRISTOR ARM OF THE POWER

CONVERTER OF THE AC ELECTRIC LOCOMOTIVE //

 .., ...,



 

 , 

 .., ...,



 

 , 

 ..,



 

 , 

В статье приведено описание

критерия, позволяющего опреде-

лить поврежденное тиристор-

ное плечо в выпрямительно-ин-

верторном преобразователе

электровозов переменного тока с

коллекторным электроприводом.

В качестве критерия предложено

оценивать энергию в цепи выпрям-

ленного тока за каждый полупериод

сетевого напряжения. Приведены

аналитические выражения, позво-

ляющие производить расчет гра-

ничных условий определения ава-

рийного режима. Представлены

результаты математического мо-

делирования применения предло-

женного критерия в программной

среде Matlab Simulink.

Ключевые слова: выпрямитель-

но-инверторный преобразователь,

режим тяги, электровоз, интеграл

Дюамеля, потеря управления.

The article provides a description

of the criterion that allows you to

determine the damaged thyristor arm

in the rectier-inverter converter of AC

electric locomotives with a collector

electric drive. As a criterion, it is

proposed to evaluate the energy in the

rectied current circuit for each half-

cycle of the mains voltage. Analytical

expressions are given that allow

calculating the boundary conditions for

determining the emergency mode. The

results of mathematical modeling of

the application of the proposed criterion

in the Matlab Simulink software

environment are presented.

Keywords: rectier-inverter

converter, traction mode, electric

locomotive, Duhamel integral, loss of

control.

В настоящее время железнодо-

рожный транспорт является ключе-

вым звеном транспортной системы

России. Развитие железных дорог

напрямую связано с повышением

пропускной и провозной способно-

стей участков, полигонов и ростом

грузо- и пассажирооборота. Для ре-

шения этой задачи необходимо обе-

спечение стабильной работоспособ-

ности тягового подвижного состава

в любых условиях эксплуатации.

Основным узлом магистральных

электровозов, обеспечивающим

создание необходимых тяговых

усилий в зависимости от режима

ведения поезда, является выпря-

мительно-инверторные преобра-

зователи (ВИП), построенные на

тиристорах (рис. 1). Они позволяют

осуществлять регулирование на-

пряжения на электродвигателях

электровозов, и, как следствие, силы

тяги всего состава.

Одной из возможных причин на-

рушения нормальной работы ВИП

является потеря управления тири-

сторным плечом. В этом случае не-

обходимо выявить поврежденное

плечо в процессе движения поезда

по участку железной дороги и, по

возможности, обеспечить продол-

жение работы электровоза без су-

щественного снижения его

эксплуатационных характери-

стик.

Одним из способов выяв-

ления поврежденных плеч в

режиме реального времени

ранее был предложен алго-

ритм, основанный на анализе

кривой выпрямленного на-

пряжения и энергетических

показателей процесса. В ка-

честве критерия нарушения

работы преобразователя и

определения не открывшегося

тиристорного плеча использо-

вались относительные значе-

ния отдельных гармоник ряда

Фурье в кривой выпрямленно-

го напряжения [1].

Однако в некоторых режимах

работа преобразователя относи-

тельные значения высших гармо-

ник при наличии повреждения

незначительно отличается от ана-

логичных параметров в нормаль-

ном режиме. Поэтому в таких

Рис. 1. Упрощенная схема силовых электриче-

ских цепей электровоза

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 2 (2022)

В настоящее время железнодо-

рожный транспорт является ключе-

вым звеном транспортной системы

России. Развитие железных дорог

напрямую связано с повышением

пропускной и провозной способно-

стей участков, полигонов и ростом

грузо- и пассажирооборота. Для ре-

шения этой задачи необходимо обе-

спечение стабильной работоспособ-

ности тягового подвижного состава

в любых условиях эксплуатации.

Основным узлом магистральных

электровозов, обеспечивающим со-

здание необходимых тяговых усилий

в зависимости от режима ведения

поезда, является выпрямительно-ин-

верторные преобразователи (ВИП),

построенные на тиристорах (рис. 1).

Они позволяют осуществлять регу-

лирование напряжения на электро-

двигателях электровозов, и, как след-

ствие, силы тяги всего состава.

Одной из возможных причин на-

рушения нормальной работы ВИП

является потеря управления тири-

сторным плечом. В этом случае не-

обходимо выявить поврежденное

плечо в процессе движения поезда

по участку железной дороги и, по

возможности, обеспечить продол-

жение работы электровоза без су-

щественного снижения его эксплуа-

тационных характеристик.

Одним из способов выявления

поврежденных плеч в режиме ре-

ального времени ранее был пред-

ложен алгоритм, основанный на

анализе кривой выпрямленного на-

пряжения и энергетических показа-

телей процесса. В качестве критерия

нарушения работы преобразователя

и определения не открывшегося ти-

ристорного плеча использовались

относительные значения отдельных

гармоник ряда Фурье в кривой вы-

прямленного напряжения [1].

Однако в некоторых режимах

работа преобразователя относи-

тельные значения высших гармоник

при наличии повреждения незначи-

тельно отличается от аналогичных

параметров в нормальном режиме.

Поэтому в таких режимах алгоритм

определения поврежденного плеча

может работать нестабильно.

Для повышения чувствительно-

сти и надежности системы выяв-

ления обрывов тиристорных плеч

необходимо введение дополнитель-

ного критерия оценки состояния,

включающего не только выпрямлен-

ное напряжение, но и ток, протека-

ющий в цепи тяговых двигателей.

Одним из таких параметров, вычис-

ляемых на основании информации о

мгновенных значениях напряжения

и тока, является мгновенная мощ-

ность. Однако по величине мгновен-

ной мощности можно судить только

о ее направлении. В то же время,

наиболее информативным пара-

метром работы преобразователя

является интегральный показатель

– энергия, передаваемая в цепь вы-

прямленного тока.

Учитывая конструктивные особен-

ности ВИП и принцип реализации ал-

горитма зонно-фазового управления,

кривая выпрямленного напряжения

представляет собой сложную функ-

цию. В идеальном случае без учета

коммутационных и послекоммутаци-

онных колебаний напряжения, транс-

формирующихся из тяговой сети,

форма выпрямленного напряжения

электровоза на любой зоне регули-

рования может быть представлена в

виде кусочно-заданной функции.

В частности, на четвертой зоне ре-

гулирования напряжения функция,

описывающая кривую имеет вид:











≤+

⋅

−

≤

⋅

≤

<≤

⋅

≤

+⋅

≤

⋅

−

tsin(

)

tsin(

sin(

tsin(

)

sin(

)

(

)

πω

ωα

γα

(1)

где α

– угол нерегулируемых им-

пульсов управления в начале каж-

дого полупериода напряжения; γ

– длительность сетевой коммутации

после подачи сигнала с фазой α

;

– угол регулируемых импульсов

управления.

Это выражение может быть пред-

ставлено единой аналитической за-

висимостью путем преобразования

исходной зависимости с помощью

функции Хевисайда [2]:

(

) ( )

[

( ) ( )

( )

( ) ( )

]

)360t(signtsin

)

180t(signtsin

)

180t(signtsin

)

180t(signtsin

)

t(signtsin

))

(t(signtsin

)

t(signtsin

)tsin(

(

)4(d

1111

111111

xaxa

xaxaxa

−⋅⋅+−−⋅⋅−

−−−−⋅⋅+

+−−⋅⋅−−⋅⋅+

++−⋅⋅+−⋅⋅+⋅−=

−−

−

−−

−−−

ωαω

γαω

αωαω

γαωαωω

(

) ( )

[

(

) ( )

( )

( ) ( )

]

)360t(signtsin

)

180t(signtsin

)

180t(signtsin

)

180t(signtsin

)

t(signtsin

))

(t(signtsin

)

t(signtsin

)tsin(

(

)4(d

1111

111111

xaxa

xaxaxa

−⋅⋅+−−⋅⋅−

−−−−⋅⋅+

+−−⋅⋅−−⋅⋅+

++−⋅⋅+−⋅⋅+⋅−=

−−

−

−−

−−−

ωαω

γαω

αωαω

γαωαωω

(

) (

)

[

(

) ( )

( )

( ) ( )

]

)360t(signtsin

)

180t(signtsin

)

180t(signtsin

)

180

(sign

tsin

)

(

signtsin

))

(t(signtsin

)

t(signtsin

)

sin(

(

)4(d

1111

111

1111

xaxa

xax

xaxa

−⋅⋅+−−⋅⋅−

−−−−⋅⋅+

−−

⋅

⋅−

−⋅⋅+

++−⋅⋅+−⋅⋅+

⋅

−=

−−

−

−−

−−−

ωαω

γαω

αω

γαωαωω

( )

(

)

[

( ) ( )

( )

( ) ( )

]

)360t(signtsin

)

180t(signtsin

)

180t(signtsin

)

180t

(sign

sin

)

signtsin

))

(t(signtsin

)

t(signtsin

sin(

(

)4(d

1111

111111

xaxa

xaxaxa

−⋅⋅+−−⋅⋅−

−−−−⋅⋅+

−

−⋅

⋅

−−

⋅⋅+

++−⋅⋅+−⋅⋅

+⋅

−

−−

−

−−

ωαω

γαω

αω

γαωαωω

(2)

(

) (

)

[

( ) ( )

( )

( ) ( )

]

)360t(signtsin

)

180t(signtsin

)

180t(signtsin

)

180t

(

signt

sin

)

(signtsin

))

(t(signtsin

)

t(signtsin

sin(

(

)4(d

111

1111

11111

xaxa

−⋅⋅+−−⋅⋅−

−−−−⋅⋅+

+−

−

⋅⋅

−

−⋅⋅+

++−⋅⋅+−⋅⋅+

⋅−

−

−−

−

−−

ωαω

γαω

αω

γαωαωω

( ) ( )

[

(

)

( )

( ) ( )

]

)360t(signtsin

)

180t(signtsin

)

180t(signtsin

)

180t(signtsin

)

t(signtsin

))

(t(signtsin

)

t(signtsin

)tsin(

(

)4(d

1111

111

1111

xaxa

xax

axaxa

−⋅⋅+−−⋅⋅−

−−−−⋅⋅+

+−−⋅⋅−−⋅⋅+

++−⋅⋅+−⋅⋅+⋅−=

−−

−

−−

−

−−

ωαω

γαω

αωαω

γαωαωω

( )

[

(

)

( )

( ) ( )

]

)360t(signtsin

)

180t(signtsin

)

180t(signtsin

)

180

sign

tsin

)

(signtsin

))

(t(signtsin

)

t(signtsin

)tsin(

(

)4(d

111

111111

axa

xax

axaxa

−⋅⋅+−−⋅⋅−

−−−−⋅⋅+

−

−⋅

⋅−

−

⋅⋅+

++−⋅⋅+−⋅⋅+⋅−=

−

−−

−

−−

ωαω

γαω

ωα

γαωαωω

Где sign(t) – кусочно-постоянная

функция действительного аргумента.

Такая функция является не диф-

ференцируемой, поэтому примене-

ние нелинейного уравнения вида

)i(eiR

dad

экв

++=

(3)

описывающего связь между током и

напряжением в цепи тяговых двига-

телей, не позволяет вывести анали-

тическую зависимость выпрямлен-

ного тока электровоза от входного

напряжения и параметров работы. В

приведенном уравнении L

экв

– экви-

валентная индуктивность цепи; R

экв

– эквивалентное активное сопро-

тивление.

Нахождение аналитического вы-

ражения закона изменения выпрям-

ленного тока также осложняется

тем, что противо-ЭДС двигателя НБ-

514 является нелинейной функцией,

которую можно аппроксимировать

выражением [3]:

547

.17

i892.2i0027.0i108

)i(e

−

⋅+⋅−⋅=

−

(4)

– частота вращения ротора дви-

гателя

Учитывая вышеизложенное, для

определения аналитического выра-

жения выпрямленного тока за осно-

ву взят принцип расчета переходных

процессов в электрических цепях с

использованием интеграла Дюамеля

[4]. В соответствии с ним была опре-

делена переходная проводимость

(g(t)) для каждого участка кривой на-

пряжения, заданного кусочно, с уче-

том предшествующего режима.

)e1(

)t(g

⋅−

−=

(5)

Используя выражение пере-

ходной проводимости для первого

участка кривой напряжения, была

определена функция тока:

τττ

)t(g)(

)(dU

(g)0(U)t(i

−⋅+⋅=

∫

(6)

Для всех остальных участков

функция тока

τττ

∆

d)t(

(

)(dU

t(gU)t(i)

t(i

1kk1k

1kk

−

⋅+−⋅+

∫

−

−−−

τττ

∆

)t(g

)(

)(dU

)

tt(gU

)t(i)t(i

1kk

1k1kk

−⋅+−⋅

∫

−

−−−

(7)

Где U(0) – величина напряжения в

начальный момент времени; U

(τ) –

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 2 (2022)

Рис. 2. Диаграммы мгновенных мощностей в нормальном режиме работы

ВИП и при обрыве одного из плеч

Рис. 3. Блок формирования сигнала по изменению

энергии за полупериод напряжения

зависимость напряжения от вре-

мени на расчетном интервале, ΔU

– скачок напряжения в момент ком-

мутации на k-ом интервале.

В результате вычисления с помо-

щью интеграла Дюамеля была вы-

ведена аналитическая зависимость

выпрямленного тока электровоза в

режиме тяги. Графический вид этой

зависимости для нормального и ава-

рийного режимов (обрыв плеча VS4 на

четвертой зоне) представлен на рис.2.

В исправном состоянии силово-

го выпрямителя электромагнитные

процессы, происходящие в нем,

одинаковы для каждого полупе-

риода напряжения сети. При нару-

шении штатного алгоритма управ-

ления возникает несимметрия

процессов в двух соседних полупе-

риодах напряжения. В случае обры-

ва одного из плеч ВИП происходит

снижение не только уровня напря-

жения u

, но и уменьшение средне-

го значения выпрямленного тока.

Поэтому за счет резкого уменьше-

ния энергии за полупериод можно с

большей долей вероятности утвер-

ждать о нарушении работы плеча

преобразователя.

Таким образом, в качестве кри-

терия для выявления аварийного

режима ВИП предлагается исполь-

зовать соотношение потребленной

энергии за текущий полупериод

сетевого напряжения и энергии за

предыдущий полупериод.

На основе анализа резкого изме-

нения величины энергии за полови-

ну периода можно делать выводы о

наличии или отсутствии сбоя в управ-

лении ВИП. При выборе параметров

настройки срабатывания необходи-

мо учитывать возможную динамику

рабочего режима. Эти параметры

должны быть выбраны таким обра-

зом, чтобы штатное изменение угла

регулирования не приводило к лож-

ному срабатыванию системы.

Предлагаемый критерий в сово-

купности с методикой оценки рабо-

ты ВИП, основанной на анализе ряда

Фурье выпрямленного напряжения,

повысит в целом надежность алго-

ритма выявления неисправностей

за счет появления дополнительного

подтверждающего фактора.

Для оценки возможности приме-

нения предлагаемого критерия при

отказе тиристорного плеча была

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 2 (2022)

Рис. 4. Диаграммы изменения энергоотдачи при потере

управления тиристорным плечом VS4 (данные осциллографа Scope61)

Рис. 5. Диаграммы изменения энергоотдачи при потере управления

тиристорным плечом VS4 (данные осциллографа Scope63)

разработана имитационная модель

в программной среде Matlab. Дан-

ная модель позволяет фиксировать

значения энергии в цепи двигателей

непосредственно в конце каждого

полупериода выпрямленного на-

пряжения в реальном времени и на

основании этого оценивать режим

работы преобразователя.

Основой созданной модели яв-

ляется блок формирования сигнала

по изменению потребляемой энер-

гии за полупериод. Принцип работы

данного блока основан на вычисле-

нии значения энергии в цепи двига-

телей за контрольный полупериод

относительно энергии за предыду-

щий, эталонный, полупериод. Схема

блока приведена на рис. 3.

В качестве примера на рис. 4

представлены временные диаграм-

мы электромагнитных процессов и

динамики потребленной энергии на

четвертой зоне регулирования на-

пряжения при потере управления (не-

открытии) тиристорного плеча VS4.

В первом полупериоде напряже-

ния ток нагрузки протекает через

плечи ВИП VS4, VS7, а после подачи

импульса управления с фазой α

на

VS2 – через VS2, VS7. Во втором по-

лупериоде ток протекает через пле-

чи VS3, VS8, а после подачи импульса

управления с фазой α

на VS1 – через

VS1, VS8 (эталонный полупериод). На

рисунке 4, б представлено измене-

ние потребленной энергии в эталон-

ном полупериоде.

В следующем полупериоде, в

котором задействованы плечи VS2,

VS4 и VS7, происходит потеря управ-

ления плечом VS4 (промежуток

времени 0,105 – 0,115 c). Величина

интеграла мгновенной мощности в

этот полупериод показана на рис. 4,

а (контрольный полупериод).

Из рисунка видно, что при возник-

новении неисправности ВИП (после

пропуска полупериода плечом VS4) в

контрольном полупериоде энергоот-

дача снижается значительно, так как

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 2 (2022)

с момента подачи импульсов с фазой

до подачи импульсов с фазой α

напряжение на выходных клеммах

преобразователя практически рав-

но нулю. Незначительное снижение

уровня энергии в следующем за этим

полупериоде обусловлено уменьше-

нием величины выпрямленного тока

в предыдущем полупериоде.

После получения информации о

величине энергии за контрольный

период производится определение

относительного значения между ве-

личинами (рис. 5, б). При сравнении

приращения относительной величи-

ны энергии в каждом полупериоде

напряжения в случае превышения

параметра настройки системой вы-

дается сигнал о факте наличия нера-

ботающего плеча. Исходя из логики

функционирования блока, при пре-

вышении заданных порогов сраба-

тывания формируется логический

пусковой сигнал (диаграмма, пред-

ставленная на рис. 5, а).

Моделирование, проведенное на

всех зонах регулирования напряже-

ния при различных углах α

, показало,

что при учете энергетического кри-

терия выявление факта неоткрытия

плеча происходит надежно во всех

рассмотренных режимах работы.

Таким образом, применение

предложенного энергетического

критерия совместно с дополнитель-

ными показателями, основанными

на анализе кривой выпрямленного

напряжения, позволит с большей

точностью выявить нарушение ра-

боты преобразователя.



1. Система определения повреж-

дений в силовом преобразователе

электровоза переменного тока в ре-

жиме тяги / Власьевский С.В., Скорик

В.Г., Супрун Д.А., Буняева Е.В., Блаж-

нов А.И. // Ученые записки Комсо-

мольского-на-Амуре государствен-

ного технического университета.

– 2020. – № 5 (45). – С. 71 – 77.

2. Волков И. К., Канатников А. Н. Ин-

тегральные преобразования и опе-

рационное исчисление: Учеб. для

вузов / Под ред. B. C. Зарубина, А.

П. Крищенко. – 2-е изд. – М.: Изд-во

МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. – 228

с. – (Математика в техническом уни-

верситете; Вып. XI).

3. Дубровский З.М. Грузовые электро-

возы переменного тока: Справочник /

З.М. Дубровский, В.И. Попов, Б.А. Туш-

канов. – М.: Транспорт, 1991. – 471 с.

4. Бессонов Л.А. Теоретические ос-

новы электротехники. Электриче-

ские цепи. – 9-е изд., перераб. и доп.

– М.: «Высшая школа», 1996. – 638 с.

  

Родился в 1981 году. В 2003 году

окончил Дальневосточный госу-

дарственный университет путей

сообщения по специальности «Ав-

томатическое управление электроэ-

нергетическими системами». Канди-

дат технических наук, доцент. В 2009

году защитил диссертацию по теме

«Снижение влияния электровозов

переменного тока с плавным регули-

рованием напряжения на качество

электрической энергии в контактной

сети». Опыт работы – 18 лет. В насто-

ящее время является заведующим

кафедрой «Электротехника, электро-

ника и электромеханика» ДВГУПС.

Удостоен благодарностей Министер-

ства энергетики РФ и Министерства

транспорта РФ. Автор более 65 науч-

ных работ, имеет 2 патента.

Skorik Vitaly Gennadievich

Born in 1981. In 2003 graduated

from the Far Eastern State Transport

University majoring in «Automatic

Control of the Electric Power

Systems». Ph.D. in Engineering

Science, Associate Professor In 2009

defended the dissertation, the subject

is «The reduction of the inuence

of the AC electric locomotives with

modulated voltage regulation to the

quality of the electrical energy in the

the contact system». 18 years work

experience. He is the head of the

«Electrical Engineering, Electronics

and Electromechanics» Department

of the Far Eastern State Transport

University. Awarded with the note of

the acknowledgment of the Ministry

of Energy of the Russian Federation

and the Ministry of Transport of

the Russian Federation. Author of

more than 65 scientic papers, has 2

patents.

  

Родился в 1995 году. В 2018 году

окончил Дальневосточный госу-

дарственный университет путей

сообщения, направление подготов-

ки – «Электроэнергетика и электро-

техника». Опыт работы – 4 года. В

настоящее время является препода-

вателем кафедры «Электротехника,

электроника и электромеханика»

ДВГУПС. Автор 5 научных работ.

Suprun Demian Andreevich

Born in 1995. In 2018 graduated from

the Far Eastern State Transport University,

majoring in Power «Engineering and

Electrical Engineering». 4 years work

experience. He is the lecturer of the

«Electrical Engineering, Electronics and

Electromechanics» Department of the

Far Eastern State Transport University.

He is the author of the 5 scientic papers.

  

Родилась в 1983 году. В 2005 году

окончила Дальневосточный государ-

ственный университет путей сообще-

ния по специальности «Электроснаб-

жение железных дорог». Кандидат

технических наук. В 2008 году защи-

тила диссертацию по теме «Внутриси-

стемный учет электрической энергии

и контроль ее качества на электрово-

зах переменного тока». Опыт работы

– 16 лет. В настоящее время является

доцентом кафедры «Электротехни-

ка, электроника и электромеханика»

ДВГУПС. Имеет благодарственные

письма от Министерства энергетики

РФ, ОАО «РЖД», Министерства обра-

зования и науки Хабаровского края.

Автор 42 научных работ.

Malysheva Olga Alexandrovna

Born in 1983. In 2005 graduated

from the Far Eastern State Transport

University majoring in Railway Power

Supply. Ph.D. in Engineering Science

In 2008 defended the dissertation,

the subject is «The intra-system

accounting of the electric energy

and the control of its quality on

the AC electric locomotives». 16

years work experience. She is the

associate professor of the «Electrical

Engineering, Electronics and

Electromechanics» Department of the

Far Eastern State Transport University.

She has notes of acknowledgment

from the Ministry of Energy of the

Russian Federation, Russian Railways,

the Ministry of Education and Science

of the Khabarovsk Region. She is the

author of the 42 scientic papers.

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 2 (2022)

 .., ...,

 

 (), 

 ..,

  

 

, -

   ,



 ..,

  

 

, -

 ..,

  

 

, -

 ..,



 

« », 

 ..,



 

« », 

 .., ...,



 

« », 

 .., ...,



 

« », 

Мировой океан занимает две

трети поверхности планеты, одна-

ко его глубины по сей день остаются

малоизученными. Основным препят-

ствием является необходимость

длительного пребывания в чужерод-

ной среде под воздействием высокого

давления. Вместе с тем проводится

активная разработка шельфовых

месторождений углеводородов, в

транзитных зонах предпринима-

ются попытки подводной добычи

железомарганцевых, никелевых и

кобальтовых конкреций, по морско-

му дну прокладываются силовые

и телекоммуникационные кабели,

трубопроводы. Необходимость вы-

полнения широкого спектра подво-

дно-технических работ на глубинах

от сотен метров и более обуслови-

ла создание подводных аппаратов

различного класса от телеуправля-

емых до обитаемых. Их перемещение

и маневрирование осуществляется

посредством гребного винта, на сни-

жение КПД которого разработчики

идут намеренно в целях достижения

приемлемых параметров обтекания

электропривода, используя совме-

щенные планетарные редукторы и

магнитные муфты вместо сальни-

кового уплотнения вала. Авторами

публикации проведено исследование

электромеханических характери-

стик электроприводов и параме-

тров постоянных магнитов в ступи-

цах гребных винтов, по результатам

которого дана оценка фактическому

состоянию электроприводов движи-

тельно-рулевого комплекса обитае-

мого подводного аппарата C-Explorer

5.8 после многолетнего периода экс-

плуатации.

Ключевые слова: обитаемый

подводный аппарат, магнитная

муфта, момент вращения, гребной

винт, электромеханическая систе-

ма привода, движительно-рулевой

комплекс.

The world ocean occupies two-thirds

of the planet’s surface, but its depths

remain poorly understood to this day.

The main obstacle is the need for a long

stay in an alien environment under the

inuence of high pressure. At the same

time, oshore hydrocarbon deposits are

being actively developed, attempts are

being made to extract ferromanganese,

nickel and cobalt nodules in transit

zones, power and telecommunication

cables and pipelines are being laid

along the seabed. The need to perform

a wide range of underwater technical

work at depths of hundreds of meters or

more led to the creation of underwater

vehicles of various classes from remote-

controlled to habitable. Their movement

and maneuvering is carried out by

means of a propeller, the developers

deliberately reduce the eciency of

which in order to achieve acceptable

ow parameters of the electric drive,

using combined planetary gearboxes

and magnetic couplings instead of a

shaft seal. The authors of the publication

attempted to assess the actual condition

of the electric drives of the propulsion

and steering complex of the inhabited

underwater vehicle C-Explorer 5.8 after

a long period of operation. The study of

the electromechanical characteristics of

electric drives and the state of permanent

magnets in the hubs of propellers was

carried out.

Keywords: manned underwater

vehicle, magnetic coupling, torque,

propeller, electromechanical drive

system, propulsion and steering

complex.

  

 -  

     

// INVESTIGATION OF THE OPERABILITY OF ELECTROMECHANICAL SYSTEMS

OF THE PROPULSION AND STEERING COMPLEX

OF A LONGTERM HABITABLE UNDERWATER VEHICLE //

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 2 (2022)

В глубоководной технике исполь-

зование магнитной муфты для пере-

дачи крутящего момента от электро-

двигателя к гребному винту является

популярным техническим решением.

Оно позволяет без использования

сальниковых уплотнений в области

движущихся частей обеспечить гер-

метичность двигателя и его защиту

от перегрузки в случае заклинивания

гребного винта, а также исключить

из конструкции компенсаторы дав-

ления. С целью эффективной и без-

опасной эксплуатации подводных

аппаратов необходимо проводить

периодический контроль электро-

механических систем приводов для

оценки текущего состояния их узлов

и своевременного выявления неис-

правностей [1]. Важнейшей характе-

ристикой электромеханических си-

стем приводов является зависимость

вращающего момента от частоты

вращения, которая в об-

щем случае для синхрон-

ного электродвигателя

имеет вид, представлен-

ный на рис. 1.

Вращающий момент

синхронного двигателя

можно представить в виде

суммы моментов двух

режимов его работы: M

асинхронного режима

«невозбужденной маши-

ны, питающейся от мощ-

ной сети с напряжением

U, и M

генераторного

режима «возбужденной

машины», включенной в

сеть, напряжение которой

равно нулю [2]:

= 

+ 

(1)



= (





󰇗



) 









12





, (2)

где I

– ток двигательного режима;

– ток двигательного режима, соот-

ветствующий составляющей обрат-

ной последовательности; r

– актив-

ное сопротивление фазы.



= 

(1 )



(1 )





+ 





(1 )









+ 



, (3)

где E

– ЭДС генератора; s – скольже-

ние; x

, x

– индуктивные сопротив-

ления по продольной и поперечной

осям соответственно.

Объект исследования – движи-

тельно-рулевой комплекс обитае-

мого подводного аппарата C-Explorer

5.8 (рис. 2 а, б) производства U-Boat

Worx, который был выпущен в 2013

году и эксплуатировался до 2016

года. По причине четырехлетне-

го простоя обитаемого подводно-

го аппарата (ОПА) потребовалось

проведение качественной оценки

текущего состояния его ключевых

узлов, в том числе движительно-ру-

левого комплекса, включающего в

себя 6 движителей производства

Technadyne: 2 маршевых, 2 верти-

кальных (Model 2020) и 2 лаговых

(Model 1080) [3, 4]. Питание движи-

телей осуществляет литий-ионная

аккумуляторная батарея, состоящая

из 4-х групп аккумуляторов, причем

каждая группа отвечает за собствен-

ный движитель или пару таковых.

Принципиально движитель состоит

из электродвигателя с постоянными

магнитами на роторе, совмещенно-

го с ним планетарного редуктора и

магнитной муфты, передающей вра-

щающий момент на гребной винт.

Ответной частью магнитной муфты

является ступица гребного винта,

которая содержит систему постоян-

ных магнитов, собранных по схеме

Хальбаха, в связи с чем основными

задачами исследования являлись:

• измерение вращающих момен-

тов на гребных винтах;

• измерение индукции магнитно-

го поля постоянных магнитов в их

ступицах.

Для проведения измерений кру-

тящего момента и частоты враще-

ния использовался датчик Lorenz

Messtechnik DR-2212 с диапазоном

определяемых значений 0,1÷20000

Н∙м с ценой деления 0,1 Н∙м, клас-

сом точности 0,1 и дискретизацией

фиксации показаний 5 Гц. Присоеди-

нение датчика к винту осуществля-

лось посредством цангового зажима

через измерительную муфту roba-ds

Рис. 1. Общий вид зависимости вращающего

момента от частоты вращения

синхронного электродвигателя

c постоянными магнитами на роторе

Рис. 2. ОПА C-Explorer 5.8: внешний вид (a) и вид сверху (б)

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 2 (2022)

500 951.021 производства Mayr, ко-

торая при помощи гибких элемен-

тов обеспечивала компенсацию воз-

можного эксцентриситета. На рис.

3 показано размещение на станине

электродвигателя с винтом и дат-

чика крутящего момента с установ-

ленным на его противоположной

стороне тормозного диска, выпол-

няющего функцию регулируемой

механической нагрузки. Питание

электродвигателя выполнялось от

бортовой аккумуляторной батареи

ОПА, а управление – от бортовой

системы управления, позволяющей

плавно регулировать частоту вра-

щения в рабочем диапазоне.

Согласно заводской маркировке

движителей, диапазон частот вра-

щения гребного винта составляет

0÷320 об/мин. Однако в ходе ис-

пытаний предельная частота вра-

щения винтов составила ≈ 300 об/

мин. При этом бортовая система

управления стабильно без срыва

поддерживала заданную часто-

ту вращения лишь в диапазоне

0÷240 об./мин. По этой причине ха-

рактеристика момента срыва маг-

нитных муфт от частоты вращения

была снята для диапазона 0÷240 об/

мин. с шагом 30 об/мин. По достиже-

нии заданной частоты вращения с

помощью тормозной системы винту

сообщался момент сопротивления,

что приводило к остановке движи-

теля или срыву магнитной муфты.

Таким образом, фиксировался пре-

дельный крутящий момент электро-

механической системы при задан-

ной частоте вращения винта.

Одна из аккумуляторных групп,

отвечающая за питание пары лаго-

вых двигателей, автоматически от-

ключалась системой управления ак-

кумуляторной батареи ввиду крайне

низкого выходного напряжения.

Магнитная муфта кормового вер-

тикального винта была заклинена.

В этой связи измерения были про-

ведены лишь для трех движителей:

носового вертикального, левого и

правого маршевых.

По результатам измерений по-

строены характерные зависимости

величины крутящего момента при

срыве магнитной муфты от частоты

вращения ступицы гребного винта

(рис. 4). Как видно из рисунка, наи-

более близкой к классической (рис.

1) является зависимость M

лм

(n)

левого маршевого движителя, что

свидетельствует об удовлетвори-

тельном состоянии его электроме-

ханической системы.

Точка минимума кривой момен-

та срыва магнитной муфты правого

маршевого движителя смещена в

сторону минимальной частоты вра-

щения. Вероятнее всего, это сви-

детельствует о более пологом ха-

рактере его кривой составляющей

момента M

генераторного режима

«возбужденной машины», что указы-

вает на вероятную деградацию по-

стоянных магнитов на роторе элект-

родвигателя. Кривая момента срыва

магнитной муфты носового верти-

кального движителя имеет наибо-

лее пологий характер, а ее точка ми-

нимума смещена в сторону большей

частоты вращения. Эти особенности

могут также быть объяснены сниже-

нием качества магнитной передачи

в результате деградации постоян-

ных магнитов в муфте.

Визуально-измерительный кон-

троль фактического состояния сту-

пиц гребных винтов выполнялся с

помощью миллитесламетра ТП2-2У

после демонтажа последних. В

ходе измерений гребной винт уста-

навливался в патрон на шпинделе

токарного станка, а щуп миллитес-

ламетра закреплялся в резцедержа-

теле суппорта, как показано на рис.

5. Затем щуп прибора в попереч-

ном направлении приводился суп-

Рис. 3. Схема измерительного стенда

Рис. 4. Измерение момента срыва магнитной муфты

при различной частоте вращения ступицы гребного винта

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 2 (2022)

портом в положение, при котором

его датчик находился максимально

близко к внутренней поверхности

ступицы винта, при этом не касаясь

ее. При перемещении щупа в про-

дольном направлении при помощи

суппорта определялось положение,

в котором показания магнитной ин-

дукции принимают наибольшие по

модулю значения. Путем поворота

патрона определялось положение

с пиковым показанием индукции

магнитного поля. Таким образом

снималось показание индукции маг-

нитного поля для первого магнита в

ряду. В дальнейшем путем вращения

патрона находились другие пиковые

значения индукции магнитного поля

для остальных магнитов в ряду, по-

сле чего цикл измерений повторял-

ся для следующего ряда.

Шесть гребных винтов ОПА

C-Explorer 5.8 можно разделить на

два типоразмера. На маршевых и

вертикальных движителях установ-

лены большие винты, а на лаговых –

малые. В процессе измерений было

установлено, что каждая ступица

большого винта содержит 3 ряда

магнитов по 24 штуки в каждом, а

малого – 2 ряда по 16 штук. Попе-

речное сечение ступиц большого и

малого гребных винтов показано на

рис. 6, а и б.

В результате проведенных из-

мерений для каждой ступицы были

построены зависимости пиков ин-

дукции магнитного поля, взятых

по модулю от угла поворота винта,

представленные на рис. 7 а, б, в, г, д,

е. Фактическое состояние магнитных

систем оценивалось не только по ве-

личине индукции магнитного поля,

но и равномерности его распреде-

ления на поверхности внутренней

апертуры ступицы гребного вин-

та. Так что на основании данных по

рис. 7, а и б можно констатировать

удовлетворительное состояние маг-

нитов в ступицах левого и правого

маршевого винтов. Данное обстоя-

тельство подтверждает означенную

выше гипотезу о деградации магни-

тов на роторе электропривода пра-

вого маршевого движителя, также

подтвержденную опытом эксплуа-

тации ОПА, при движении которого

прямолинейным курсом аппарат

постоянно уводило вправо с учетом

одинакового положения рукояток

прямого хода.

Величины индукции магнитного

поля постоянных магнитов ступицы

кормового вертикального винта (рис.

7, в) несколько ниже по сравнению с

аналогичным параметром для левого

и правого маршевого винтов, но при

этом он распределен по окружности

ступицы достаточно равномерно,

чего нельзя сказать применительно

к результатам, полученным для но-

сового вертикального винта (рис. 7,

г). На рис. 7, г отчетливо видно, что

разброс величины индукции магнит-

ного поля для магнитов в одном ряду

достигает ≈ 50 мТл, что подтверждает

заявленный при анализе кривых из-

мерения момента срыва магнитной

муфты гипотезу о снижении качества

магнитной передачи в результате

деградации магнитов. Последняя

могла быть вызвана перегревом маг-

нитной муфты и/или агрессивным

воздействием окружающей среды,

например, повышенным содержа-

нием сероводорода в морской воде

по месту погружения ввиду высо-

кого сродства неодима к водороду.

Во избежание деградации магнитов

системы NdFeB при проектировании

аналогичных комплексов целесоо-

бразно прибегнуть к использованию

магнитов на основе более стойких к

внешним воздействиям материалов

с меньшими коэффициентами потерь

остаточной индукции и коэрцитив-

ной силы [5 – 8].

Зависимости пиков индукции

магнитного поля, взятые по модулю

от угла поворота винта, представ-

ленные на рис 7 д и е, имеют доволь-

но равномерный характер. Средние

значения магнитной индукции выше

средних значений, полученных для

остальных винтов, что, вероятнее

всего, связано с тем, что стенка сту-

пицы малого винта тоньше стенки

ступицы большого.

Полученные результаты ставят

под сомнение возможность эксплу-

атации исследованного обитаемого

подводного аппарата без капи-

тального ремонта. Выявлены неис-

правности в узлах отдельных дви-

жителей. Необходимо проведение

аналогичного исследования осталь-

ных движителей, состояния валов

магнитных муфт и роторов электро-

приводов движителей.



1. Предложенная методика изме-

рений позволила эффективно оце-

нить текущее состояние электро-

механических систем движителей

обитаемого подводного аппарата, а

также локализовать неисправности

отдельных узлов и агрегатов.

Рис. 6. Поперечное сечение ступиц большого (а)

и малого (б) гребных винтов

Рис. 5. Оборудование для измерения магнитной

индукции магнитов в ступице гребного винта

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 2 (2022)

Рис. 7. Зависимости пиков индукции магнитного поля, взятых

по модулю, от угла поворота ступицы винта: а) – левый

маршевый, б) – правый маршевый, в) – кормовой вертикальный,

г) – носовой вертикальный, д) – кормовой лаговый,

е) – носовой лаговый

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 2 (2022)

2. Полученные результаты обна-

жили уязвимости магнитной муфты

и обратили внимание на необходи-

мость более тщательного выбора

постоянных магнитов с точки зре-

ния устойчивости к воздействиям

внешних факторов и долговечности

эксплуатационных характеристик по

параметрам индукции магнитного

поля и коэрцитивной силы.

3. Для уточнения полученных

результатов необходимы исследо-

вания остальных движителей, состо-

яния валов магнитных муфт и рото-

ров электроприводов движителей, а

также на аналогичных по конструк-

ции бывших в эксплуатации движи-

телях с целью набора статистики.



1. Правила классификационных

освидетельствований судов в экс-

плуатации. НД № 2-020101-012. Рос-

сийский морской регистр судоход-

ства. Санкт-Петербург, 2021.

2. Электрические машины с посто-

янными магнитами / под ред. А.Н. Ла-

рионова // М.: Энергия, 1964. – 480 с.

3. URL: https://tecnadyne.com/

wp-content/uploads/2017/06/Model-

2020-Brochure-1.pdf

4. URL: https://tecnadyne.com/

wp-content/uploads/2019/04/Model-

1080-Data.pdf

5. Xiujuan J. Structural, magnetic

and microstructural studies of

composition-modied Sm-Co ribbons:

dissertation in support of candidature

for a technical degree. – Lincoln,

Nebraska, 2014.

6. Walmer M. S., Chen C. H., Walmer

M. H. A new class of Sm-TM magnets

for operating temperatures up to

550/spl deg/C //IEEE transactions on

magnetics. – 2000. – V. 36. – №. 5. – P.

3376-3381.

7. An S. et al. Magnetic properties

of anisotropic bonded NdFeB/SmCo

permanent magnets //AIP Advances. –

2019. – V. 9. – №. 12. – P. 125146.

8. Guteisch O. et al. Magnetic

materials and devices for the 21st

century: stronger, lighter, and more

energy ecient //Advanced materials.

– 2011. – V. 23. – №. 7. – P. 821-842.

  

Родился в 1989 году. В 2012 году

окончил Московский государствен-

ный университет путей сообщения

(МИИТ) по специальности «Электро-

снабжение электрических желез-

ных дорог». Опыт работы – 9 лет. В

настоящее время является научным

сотрудником Национального иссле-

довательского центра «Курчатов-

ский институт». Имеет 11 научных

публикаций.

Durakov Dmitry Nikolaevich

Was born in 1989. In 2012 he

graduated from the Moscow State

University of Railway Engineering

(MSURE) majoring in Power Supply of

Electric Railways. He has 9-year work

experience. At the moment he is a

Researcher at the «Kurchatov Institute»

National Research Center. He has 11

scientic papers.

 



Родился в 1980 году. В 2003 году

окончил Московский государствен-

ный университет путей сообщения

(МИИТ) по специальности «Электро-

снабжение электрических железных

дорог». Кандидат технических наук.

В 2009 году защитил диссертацию по

теме «Сверхпроводниковые ограни-

чители токов короткого замыкания

для систем тягового электроснаб-

жения». Опыт работы – 22 года. В

настоящее время работает доцен-

том кафедры «Электроэнергетика

транспорта» в Российском универ-

ситете транспорта (МИИТ). Имеет 40

научных публикаций в рецензируе-

мых журналах, 2 патента на изобре-

тение, 1 свидетельство о регистра-

ции программы для ЭВМ.

Lobyntsev Vladimir Vasilyevich

Was born in 1980. In 2003 he

graduated from the Moscow State

University of Railway Engineering

(MSURE) majoring in Power Supply

of Electric Railways. He is Candidate

of Technical Sciences. In 2009 he

defended his dissertation on the topic

«Superconductor short-circuit current

limiter for traction power supply

systems». 22-year work experience. At

the moment he works as the Assistant

professor of the Transport Electric

Power Engineering Department of

the Russian University of Transport

(MSURE). He has 40 scientic

publications in peer-reviewed journals,

2 invention patents, 1 computer

program registration certicate.

  

Родился в 1957 году. В 1980 году

окончил Московское высшее тех-

ническое училище им. Н.Э. Баумана

по специальности «Энергетические

машины и установки». Кандидат

технических наук. В 2001 году защи-

тил диссертацию по спецтематике.

Опыт работы – 41 год. В настоящее

время работает заместителем ди-

ректора по специальным проектам

Национального исследовательско-

го центра «Курчатовский институт».

Имеет 30 научных трудов, 4 патента

на изобретения. Заслуженный ра-

ботник атомной промышленности

РФ, награжден Медалью ордена «За

заслуги перед Отечеством II», Лауре-

ат премии им. И.В. Курчатова, имеет

Нагрудный знак за заслуги в разви-

тии атомного ледокольного флота и

Орден «За заслуги перед отечеством

IV степени».

Ustinov Vasily Sergeevich

Was born in 1957. In 1980 he

graduated from the Moscow Higher

Technical School named after N.E.

Bauman majoring in Power Machines

and Installations. He is Candidate

of Technical Sciences. In 2001 he

defended his dissertation on special

subjects. He has 41 years’ work

experience. At the moment he works

as th Deputy Director for Special

Projects of the «Kurchatov Institute»

National Research Center. He has

30 scientic papers, 4 patents for

inventions. He is the Honored Worker

of the Nuclear Industry of the Russian

Federation, awarded the Medal of the

Order of Merit for the Motherland II,

I.V. Kurchatov Award Holder, he has

the Order of Merit for Country of the IV

Degree for the Development of nuclear

icebreaking eet Honor badge.

  

Родился в 1989 году. Окон-

чил экономический факультет

Санкт-Петербургского государ-

ственного университета по специ-

альности «Экономист-математик». В

2011 году получил диплом програм-

мы Executive MBA на базе Института

подготовки специалистов оборон-

но-промышленного комплекса и

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 2 (2022)

инфраструктурных отраслей Наци-

онального исследовательского уни-

верситета Высшая школа экономики

(НИУ ВШЭ) по направлению «Управ-

ление реформируемым предприя-

тием ОПК». Опыт работы – более 10

лет. В настоящее время работает ис-

полнительным директором Центра

подводных исследований Русского

географического общества – заме-

стителем начальника Экспедицион-

ного центра Министерства оборо-

ны Российской Федерации. Имеет 1

научную публикацию.

Fokin Sergey Georgievich

Was born in 1989. Graduated

from the Faculty of Economics of St.

Petersburg State University majoring

in Economics and Mathematics. In

2011 he completed Executive MBA

in the Institute for the Training of

Specialists in the Military-Industrial

Complex and Infrastructural Industries

of the National Research University

Higher School of Economics (NRU

HSE) majoring in «Management of a

reformed defense industry enterprise».

He has 10-year work experience. At the

moment he works as the Executive

Director of the Underwater Research

Center of the Russian Geographical

Society – Deputy Head of the

Expeditionary Center of the Ministry of

Defense of the Russian Federation. He

has 1 scientic publication.

 



Родился в 1986 году. В 2009 году

окончил Балтийский государствен-

ный технический университет им.

Д.Ф. Устинова «Военмех» по специ-

альности «Информационно-измери-

тельная техника и технологии». Опыт

работы – 13 лет. В настоящее время

работает ведущим инженером про-

ектно-инженерного отдела Центра

подводных исследований Русского

географического общества. Имеет

1 научную публикацию, 2 патента, 2

программы для ЭВМ, 2 технологии

(ноу-хау).

Polyashov Alexander

Alexandrovich

Was born in 1986. In 2009 he

graduated from the Baltic State

Technical University. named after D.F.

Ustinov majoring in «Information-

measuring equipment and

technologies». He has 13-year work

experience. At the moment he works

as the Leading engineer of the Design

and engineering Department of the

Underwater Research Center of the

Russian Geographical Society. He has

1 scientic publication, 2 patents, 2

computer programs, 2 technologies

(know-how).

  

Родился в 1988 году. В 2012 году

окончил Балтийский государствен-

ный технический университет им.

Д.Ф. Устинова «Военмех» по специ-

альности «Боеприпасы и средства

поражения». Опыт работы – 12 лет.

В настоящее время работает на-

чальником проектно-инженерного

отдела Центра подводных иссле-

дований Русского географического

общества. Имеет 1 патент, 1 про-

грамму для ЭВМ, 2 технологии (но-

у-хау).

Kichko Stepan Aleksandrovich

Was born in 1988. In 2012 he

graduated from the Baltic State

Technical University. named after D.F.

Ustinov majoring in «Ammunition

and Weapons». He has 12-year

work experience. At the moment

he works as the Head of the Design

and Engineering Department of the

Underwater Research Center of the

Russian Geographical Society. Has

1 patent, 1 computer program, 2

technologies (know-how).

 



Родился в 1993 году. Является

студентом вечернего отделения Рос-

сийского университета транспорта

(МИИТ). Опыт работы – 4 года. В на-

стоящее время работает лаборан-

том-исследователем Национального

исследовательского центра «Курча-

товский институт». Имеет 4 научных

публикации.

Kushtan Maximilian Igorevich

Was born in 1993. He is the student

of the Evening studies department of

the Russian University of Transport

(MSURE). 4-year work experience. At

the moment he works as Laboratory

researcher at the «Kurchatov Institute»

National Research Center. He has 4

scientic publications.

  

Родился в 1972 году. В 1995 году

окончил Московский государствен-

ный авиационный институт (тех-

нический университет) (МАИ) по

специальности «Системы автома-

тизированного проектирования»,

квалификация – инженер-системо-

техник. Кандидат технических наук.

В 1998 году защитил диссертацию

по теме «Совершенствование угле-

род-углеродных композиционных

фрикционных материалов с помо-

щью компьютерного моделиро-

вания». С 2016 по 2020 г.г. работал

генеральным директором АО «Спец-

магнит» (производство магнитов

и магнитных систем). В настоящее

время является старшим научным

сотрудником Национального иссле-

довательского центра «Курчатов-

ский институт». Автор 28 печатных

работ и 4 патентов.

Buryakov Ilya Nikolaevich

Was born in 1972. In 1995

he graduated from the Moscow

State Aviation Institute (Technical

University) (MAI) majoring in

Computer-Aided Design Systems,

qualication systems engineer. He is

Candidate of Technical Sciences. In

1998 he defended his dissertation on

the topic «Improvement of carbon-

carbon composite friction materials

using computer simulation”. 2016 to

2020 worked as the General Director

of AO «Spetsmagnit» (manufacture of

the magnets and magnetic systems).

At the moment he is Senior Researcher

of the «Kurchatov Institute» National

Research Center. Author of 28

publications and 4 patents.

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 2 (2022)

    -

        

 

// FILTERCOMPENSATING INSTALLATION FOR INCREASING BANDWIDTH CAPABILITY

AND REDUCE POWER LOSSES IN TRACTION NETWORK OF RAILWAYS //

 .., ...,

,

 

 

 ,

 

 .., ..., ,

 

 

 ,

 

 .., ...,

 

-

,

 

 .., ...,

 

 

 ,

 

Для повышения пропускной спо-

собности электрифицированных

железных дорог и снижения потерь

мощности в тяговой сети на посту

секционирования включаются двух-

ступенчатые фильтрокомпенсиру-

ющие установки (ФКУ) поперечной

емкостной компенсации. При уве-

личении тяговой нагрузки, когда в

тяговой сети появляются тяжело-

весные поезда, включается наиболь-

шая мощность ФКУ, а при снижении

тяговой нагрузки мощность ФКУ

уменьшается.

Для этого ФКУ выполняется с

тиристорным ключом (ТК) для бес-

контактного переключения двух

секции. При этом ТК выполняет две

функции, во-первых, для быстрого

без перенапряжений переключения

секций: он обеспечивает включение

двух последовательно соединенных

секций для уменьшения генерируе-

мой мощности и включение одной

основной секции для увеличения

мощности ФКУ. Во-вторых, для огра-

ничения бросков тока и напряжения

в тяговой сети за счёт того, что

напряжение на ФКУ повышается

постепенно, поэтапно по 400-500 В

путем кратковременного фазового

регулирования тиристорного клю-

ча. Приведена запатентованная

схема автоматического управления

тиристорным ключом. Технико-эко-

номический эффект состоит в том,

что с помощью одной фильтроком-

пенсирующей установки с двумя

индуктивно-емкостными секциями

LC повышается напряжение до тре-

буемого значения и при этом исклю-

чаются опасные броски напряжения

в тяговой сети при регулировании

мощности ФКУ. Перспективно мо-

дернизировать все существующие

компенсирующие установки на по-

стах секционирования с переводом

их в переключаемые фильтроком-

пенсирующие ФКУ.

Ключевые слова: фильтроком-

пенсирующие установки, пропуск-

ная способность, потери мощно-

сти, фазовое регулирование, броски

тока и напряжения, посты секцио-

нирования.

In order to increase the bandwidth

capacity of electried railways and

reduce power losses in traction

network, two-stage lter-compensating

installations (FCI) of transverse capacitive

compensation are switched on at the

sectioning post. With increase of traction

load, when heavy trains appear in

traction network, the maximum power

of FCI is turned on, and with decrease in

traction load, the power of FCI decreases.

For this purpose, FCI is performed

with thyristor switch (TS) for non-

contact switching of two sections. In

this case, the TS performs two functions,

rstly, for fast section switching without

overvoltage: it ensures the inclusion of

two series-connected sections to reduce

the generated power and the inclusion

of one main section to increase the

power of FCI. Secondly, to limit current

and voltage surges in traction network

due to the fact that the voltage on FCI

increases gradually in 400-500 V by

short-term phase control of thyristor

switch. The patented scheme of

automatic control of thyristor switch is

given. The technical and economic eect

consists in the fact that with the help

of one lter-compensating installation

with two inductive-capacitive sections

LC voltage rises to required value

and at the same time dangerous

voltage surges in traction network are

excluded when regulating the power

of FCI. It is promising to upgrade all

existing compensating installations at

sectioning posts with their transfer to

switchable lter-compensating FCI.

Keywords: Filter-compensating

installations, bandwidth capability,

power losses, phase control, current and

voltage surges, sectioning posts.

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 2 (2022)

Железнодорожный транспорт Рос-

сии ежегодно потребляет около 5%

вырабатываемой в стране электро-

энергии, из которых на тягу поездов

расходуется свыше 30 млрд кВт/ч. Од-

ной из приоритетных задач Энергети-

ческой стратегии холдинга «Россий-

ские железные дороги» до 2030 года

является снижение энергоемкости

перевозочного процесса и удельных

затрат энергопотребления на тягу

поездов. Энергетическая стратегия

предполагает дальнейшее усовер-

шенствование технических решений

и технологий, направленных на энер-

госбережение и повышение энергети-

ческой эффективности ОАО «РЖД». В

частности, на железных дорогах, элек-

трифицированных на переменном

токе, необходимо обеспечить задан-

ную пропускную способность, соблю-

дать установленные показатели каче-

ства электроэнергии и потребляемой

реактивной мощности на основе ис-

пользования установок компенсации

реактивной мощности.

Наряду с задачей компенси-

ровать реактивную мощность и

уменьшить потери электроэнергии

в тяговой сети установки попереч-

ной емкостной компенсации могут

фильтровать высшие гармоники.

Если установка компенсации выпол-

няет дополнительно и роль фильтра

высших гармоник в тяговой сети, то

в цепь последовательно с конден-

сатором С включают реактор с ин-

дуктивностью L и установку в этом

случае называют фильтрокомпен-

сирующей установкой (ФКУ). Кроме

этого ФКУ должна повышать напря-

жение в тяговой сети при прохожде-

нии тяжеловесных поездов. Поэтому

ФКУ должна иметь, по крайней мере,

два значения реактивной мощности

и соответственно два значения ем-

кости. Когда проходят тяжеловес-

ные поезда и нагрузка в тяговой сети

максимальная, емкость и мощность

установки компенсации реактивной

мощности также должны быть мак-

симальными. Когда нагрузка в тяго-

вой сети становится минимальной,

то реактивная мощность и емкость

должны быть минимальными.

Авторам известно давно разра-

ботанное положение, что по техни-

ко-экономическим соображениям

вместо регулируемых установок це-

лесообразно применять малоступен-

чатые установки компенсации [1,2].

Для доказательства этого уже бо-

лее 7 лет на Горьковской успешно

работает переключаемая фильтро-

компенсирующая установка, ком-

плексно решающая задачи:

• повышение пропускной способ-

ности и качества электроэнергии;

• снижение потерь мощности в

тяговой сети [3].

Принципиальная схема предло-

женной авторами двухступенчатой

ФКУ приведена на рис. 1. В режиме

максимальной мощности включен

только один конденсатор (основная

батарея конденсаторов), а второй

конденсатор (дополнительная бата-

рея конденсаторов) зашунтирован

бесконтактным ключом. В режиме

минимальной мощности в установ-

ке компенсации последовательно

включены оба конденсатора (бес-

контактный ключ разомкнут). Ре-

зистор вводят в работу только при

включении всей установки в работу.

Регулируемые установки попе-

речной емкостной компенсации ре-

активной мощности в тяговых сетях

переменного тока описаны в [1, 2, 3].

В [4] представлена переключаемая

фильтрокомпенсирующая установ-

ка (ФКУ) с двумя последовательно

включенными нерегулируемой и

переключаемой секциями (в каждой

секции реактор с батареей конден-

саторов, секции LC), причем пере-

ключаемая секция зашунтирована

биполярным тиристором. Для из-

менения мощности переключаемой

ФКУ шунтируют или расшунтируют

переключаемую секцию выключате-

лем, при этом в [6] указано, что этот

выключатель может выполняться

синхронизированным, например, с

использованием биполярного тири-

стора, как это сделано, в частности, в

[5, 6, 7]. При шунтировке ФКУ напря-

жение в тяговой сети повышается

броском, что может неблагоприятно

сказаться на работе электровозов в

тяговой сети.

Разберем требования ГОСТ [8]

на условия работы электровоза в

нестационарных режимах. Все обо-

рудование электровоза должно со-

хранять свою работоспособность и

обеспечивать выполнение всех ре-

жимов работы при нестационарных

значениях напряжения (при скачках

напряжения, внешних и внутренних

перенапряжениях). Работоспособ-

ность электровоза должна быть обе-

спечена в следующих нестационар-

ных режимах: при скачкообразном

увеличении и уменьшении питаю-

щего напряжения на токоприемнике

электровоза между максимальным

и минимальным длительным значе-

нием за время 0,02 сек. Таким обра-

зом, анализ требований ГОСТ пока-

зывает, что в настоящее время нет

конкретных условий на допустимые

значения бросков напряжения на

токоприемнике электровоза.

Однако по опытным данным

специалисты считают, что, во-первых,

более опасно для электровоза рез-

кое повышение напряжения на токо-

Рис.1. Принципиальная схема двухступенчатой ФКУ в тяговой сети

переменного тока системы 25 кВ и 2×25 кВ

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 2 (2022)

приемнике, чем резкое понижение,

и, во-вторых, броски напряжения до

500В допустимы для электровозов.

Однако с ростом тяговых нагрузок ра-

стут и мощности ФКУ. При включении

ФКУ мощностью 5 – 6 Мвар напряже-

ние в тяговой сети на посту секцио-

нирования повышается примерно

на 1500В. Если принять максималь-

ный бросок напряжения, например,

в 1500В, то следовало бы повышать

напряжение на ФКУ в три этапа по

500В, то есть поднять напряжение до

500В, затем через некоторое время

до 1000В, и далее через некоторое

время до 1500В. Таким образом, цель

в предложенной авторами разработ-

ке – повышать с помощью тиристора

напряжение в тяговой сети поэтапно,

например, не сразу до 1500В, а с по-

мощью фазового регулирования по-

вышать поэтапно по 500В. Возможно

повышение напряжения и с другим

шагом, например, 400В, как это вы-

полнено на рис. 1.

Для пояснения работы двухсту-

пенчатой ФКУ (рис. 1) введены сле-

дующие обозначения:

1 – главный выключатель;

2 – реактор первой секции;

3 – конденсаторная батарея пер-

вой секции;

4 – конденсаторная батарея вто-

рой секции;

5 – реактор второй секции;

6 – демпфирующий резистор;

7 – биполярный тиристор с

управляющим электродом;

8 – выключатель, шунтирующий

демпфирующий резистор;

9 – блок дифференцирования;

10 – компаратор;

11 – блок измерения фазы тока;

12 – трансформатор тока;

13 – кнопка ВКЛ шунтирования

второй секции для увеличения ем-

кости ФКУ;

14 – кнопка ВЫКЛ расшунтирова-

ния второй секции для уменьшения

емкости ФКУ;

15 – реле фиксации начального

угла включения 120 градусов;

15.1 и 15.2 – размыкающий и за-

мыкающий контакты реле 15;

16, 17, 18 – первое, второе и тре-

тье реле времени с задержкой на

срабатывание;

16.1, 17.1, 18.1 – размыкающие

контакты реле 16, 17 и 18 с задерж-

кой времени на срабатывание;

16.2 и 17.2 – замыкающие контак-

ты реле 16 и 17 с с задержкой време-

ни на срабатывание;

19 – блок диодов;

20 – потенциометр задания на-

пряжений, определяющих углы за-

держки времени включения бипо-

лярного тиристора;

21 блок задания углов задержки

на фиксированные моменты време-

ни включения биполярного тири-

стора;

22 – блок трех реле времени.

Переключаемая ФКУ по рис. 1 ра-

ботает следующим образом. Пусть

в исходном состоянии ФКУ работа-

ет с включенными двумя секциями

2 – 3 и 4 – 5, трансформатором тока

12 и при отключенном биполярном

тиристоре 7. Принимаем макси-

мальное повышение напряжения в

1600В, будем поэтапно включать би-

полярный тиристор с повышением

напряжения на ФКУ по 400В. Тогда

при установленных фиксированных

задержках в 120

, 60

, 30

и 0

напря-

жение на ФКУ будет повышаться на

400В, 800В, 1200В и 1600В. При пода-

че команды ВКЛ 13 через размыкаю-

щийся контакт ОТКЛ 14 срабатывает

реле 15, и через замыкающийся кон-

такт 15.2 встает на «самоподхват»

реле 15, и при этом размыкается

его контакт 15.1, и напряжение от

потенциометра 20 через размыка-

ющийся контакт 16.1 поступает на

второй вход компаратора 10. На

первый вход компаратора 10 посту-

пает от блока измерения фазы тока

11 сигнал с напряжением, пропор-

циональным фазе тока ФКУ. Когда на

первом входе компаратора напря-

жение будет превышать значение,

соответствующее фазе тока 120

сработает компаратор 10 и через

блок дифференцирования 9 вклю-

чит биполярный тиристор 7. На реле

времени 16 (а также на реле време-

ни 17 и 18) устанавливаем выдержку

времени 3 сек, поэтому в течение 3

сек биполярный тиристор 7 будет

включаться с задержкой по фазе в

120

, и тогда напряжение на ФКУ по-

высится на 400В.

Далее по истечении 3 сек от мо-

мента нажатии кнопки ВКЛ замкнет-

ся замыкающий контакт 16.2, будет

подано напряжение на реле време-

ни 17, и разомкнется размыкающий

контакт 16.1. Напряжение от по-

тенциометра 20, соответствующее

фазе 60

, поступает через размыка-

ющий контакт 17.1 и через диод 19

на второй вход компаратора 10, и

когда напряжение на первом входе

компаратора будет превышать со-

ответствующее напряжению при 60

блока измерения фазы тока 11, сра-

ботает компаратор 10 и через блок

дифференцирования 9 включит би-

полярный тиристор 7. Напряжение

на ФКУ повышается на 800В и дей-

ствует в течение 3 сек.

Далее замыкается замыкающий

контакт 17.2, подается напряжение

на реле 18 и размыкается контакт

17.1. Напряжение от потенциометра

20, соответствующее фазе 30

, посту-

пает через размыкающий контакт

18.1 и через диод 19 на второй вход

компаратора 10, и когда напряжение

на первом входе компаратора 10 бу-

дет превышать соответствующее на-

пряжению при 30

блока измерения

фазы тока 11, сработает компаратор

10 и через блок дифференцирова-

ния 9 включит биполярный тири-

стор.

Напряжение на ФКУ повышает-

ся на 1200В и действует в течение

3 сек, после чего размыкается раз-

мыкающий контакт 18.1, и напряже-

ние, равное нулю от потенциометра

20, соответствующее фазе тока 0

поступает через диод 19 на второй

вход компаратора 10. И когда на-

пряжение на первом входе компа-

ратора 10 будет превышать нулевое

значение (фаза тока станет больше

), сработает компаратор 10 и че-

рез блок дифференцирования 9

включит биполярный тиристор 7

без задержки по времени. В итоге

напряжение на ФКУ повышается на

1600В. Таким образом, напряжение

в тяговой сети повышается на 1600В

не броском, а поэтапно в течение 3

х 3 = 9 сек, что не нарушит нормаль-

ную работу электровоза.

Обычно переключение мощно-

сти ФКУ происходит автоматически

при работе автоматики ФКУ, тогда

запуск биполярного тиристора про-

исходит не от кнопки ВКЛ, а от соот-

ветствующей автоматики (на схеме

не указано).

Отметим еще один важный аспект

применения ФКУ на постах секцио-

нирования. Проблема повышения

пропускной способности железной

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 2 (2022)

дороги достаточно эффективно ре-

шается путем включения регулируе-

мой ФКУ на посту секционирования.

Сейчас, когда на наиболее ответ-

ственных постах секционирования

включена типовая установка попе-

речной емкостной компенсации,

достаточно просто ее модернизи-

ровать в регулируемую установку

ФКУ с добавлением дополнительной

секции конденсаторов и тиристорно-

го ключа. Такая установка будет ком-

плексно решать вопросы повышения

пропускной способности участка

железной дороги, снижения потерь

мощности и потерь напряжения, а

также фильтрации высших гармани-

ческих тока и напряжения.

Технико-экономический эффект

состоит в том, что с помощью одной

фильтрокомпенсирующей установ-

ки с двумя индуктивно-емкостными

секциями LC повышается напряже-

ние до требуемого значения и при

этом исключаются опасные броски

напряжения в тяговой сети при ре-

гулировании мощности ФКУ. Отли-

чительная особенность установки

– сравнительно низкая стоимость,

уменьшенные потери мощности в

тяговой сети и уменьшенные затра-

ты на обслуживание по сравнению,

например, с применяемым регули-

руемым генератором реактивной

мощности. Перспективно модерни-

зировать все существующие ком-

пенсирующие установки на постах

секционирования с переводом их в

переключаемые фильтрокомпенси-

рующие ФКУ.



1. Предложен упрощенный вари-

ант регулируемой фильтрокомпен-

сирующей установки, отличающейся

пониженными капитальными вло-

жениями и эксплуатационными рас-

ходами и выполняющей главные за-

дачи в тяговом электроснабжении:

поддержание заданной пропускной

способности и снижение потери

мощности в тяговой сети.

2. Применение тиристорного

ключа в переключаемой фильтро-

компенсирующей установке решило

проблему снижения бросков тока и

перенапряжений при переключе-

нии секций ФКУ.

3. Целесообразно модернизи-

ровать все компенсирующие уста-

новки на постах секционирования с

преобразованием их в переключае-

мые ФКУ с тиристорным ключом.



1. Бородулин Б.М., Герман Л.А., Нико-

лаев Г.А. Конденсаторные установки

электрифицированных железных

дорог. – М.: Транспорт, 1983

2. Каялов Г.М., Ковалев И.Н. Расчет

компенсации реактивных нагрузок

регулируемыми конденсаторными

батареями. – Электричество, 1971

№8, с. 19 – 25

3.Герман Л.А., Серебряков А.С., Дуле-

пов Д.Е. Фильтрокомпенсирующие

установки в системах тягового элек-

троснабжения железных дорог. Моно-

графия. Княгинино НГИЭУ 2017, 402 с.

4. Герман Л.А., Серебряков А.С., Осо-

кин В.Л., Якунин Д.В. Переключаемая

фильтрокомпенсирующая установка

в тяговой сети переменного тока.

Вестник ВНИИЖТ 2020, Т.79 №2 с. 80

– 87.

5. Патент №2704023 от 21.03.2019.

Трехступенчатая фильтрокомпен-

сирующая установка тяговой сети

переменного тока (Герман Л.А. и др).

Опубл. 23.10.2019. Бюлл. № 30.

6.Патент № 2475912 от 09.03.2011.

Устройство переключаемой одно-

фазной поперечной емкостной ком-

пенсации в тяговой сети перемен-

ного тока. (Серебряков А.С. и др).

Опубл. 10.02.2013. Бюлл. № 5.

7. Патент №2739329 от 06.08.2020.

Переключаемая фильтрокомпенси-

рующая установка (Серебряков А.С.

и др.). Опубл. 22.12.2020. Бюлл. № 36.

8. ГОСТ Р 55364-2012. Электровозы.

Общие технические требования.

 



Родился в 1939 году. В 1961 году

окончил Нижегородский государ-

ственный технический университет

им. Р. Е. Алексеева по специальности

«Электрификация промышленных

предприятий и установок». Доктор

технических наук, профессор. Защи-

тил докторскую диссертацию на тему

«Методы и средства диагностики изо-

ляции электрических машин и аппа-

ратов их защиты». В настоящее время

работает профессором кафедры «Тех-

ника и технологии железнодорожно-

го транспорта» филиала Самарского

государственного университета пу-

тей сообщения (СамГУПС) в г. Ниж-

нем Новгороде. Член-корреспондент

Академии электротехнических наук

РФ. Автор более 350 научных работ,

в том числе 10 книг. Имеет более 50

авторских свидетельств СССР и па-

тентов РФ на изобретения.

Serebryakov Alexander

Sergeevich

Was born in 1939. In 1961 he

graduated from Nizhny Novgorod

State Technical University after the

name of R. E. Alekseev on specialty

«Electrication of industrial enterprises

and unites». He is a doctor of technical

sciences, professor. He defended

his doctor’s dissertation with topic

«Methods and means of diagnostics of

insulation of electrical machines and

devices of its protection». Now he is

the professor of the chair «Technique

and technology of railway transport»

at branch of Samara StateTransport

University in Nizhny Novgorod. He is

corresponding member of the Russian

academy of electrotechnical sciences.

He is author of more than 350 scientic

papers, including 10 books. He has

more than 50 certicates of authorship

and patents for inventions.

  

Родился в 1937 году. В 1959 году

окончил Московский институт ин-

женеров транспорта (МИИТ) по

специальности «Инженер путей

сообщения – электромеханик». За-

щитил докторскую диссертацию по

теме «Теория и практика совершен-

ствования режима системы тягово-

го электроснабжения переменно-

го тока с установками емкостной

компенсации». Доктор технических

наук, профессор кафедры «Техника

и технологии железнодорожного

транспорта» филиала Самарского

государственного университета пу-

тей сообщения в Нижнем Новгоро-

де, член-корреспондент Российской

академии транспорта. Автор более

390 научных трудов, 100 изобрете-

ний и патентов. Имеет 2 правитель-

ственные награды.

German Leonid Abramovich

Was born in 1937. He has

graduated Moscow Institute of

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

№ 2 (2022)

Transport Engineers by specialty

«Engineer routes – electrician» (1959).

He has defended the dissertation by

the theme «Theory and practice of

improving treatment system traction

below the AC power plants with

capacitive compensation». He is a

doctor of technical sciences, рrofessor

of the Department of «Engineering

and technology of railway transport»

branch of the Samara state University

of Railways in Nizhny Novgorod. He

is a corresponding member of the

Academy of Transport of the Russian

Federation. Author of more than 390

scientic works, 100 inventions and

patents. He has 2 government awards.

  

Родился в 1986 году. В 2008 году

окончил Нижегородский государ-

ственный инженерно-экономиче-

ский университет. Кандидат тех-

нических наук, доцент. В 2013 году

защитил кандидатскую диссертацию

на тему «Переходные процессы в

регулируемых установках емкост-

ной компенсации систем тягового

электроснабжения переменного

тока». Опыт работы 14 лет. В насто-

ящее время работает заведующим

кафедрой «Электрификация и ав-

томатизация» Нижегородского го-

сударственного инженерно-эконо-

мического университета (НГИЭУ).

Опубликовал 75 печатных работ, 1

монографию и 1 учебник для вузов,

получил 19 патентов на изобретения

и полезные модели.

Dulepov Dmitry Evgenievich

Was born in 1986. In 2008 he

graduated from the Nizhny Novgorod

State University of Engineering and

Economics. Candidate of Technical

Sciences, Associate Professor. In

2013 he defended his dissertation

on the topic “Transients in adjustable

capacitive compensation units for

AC traction power supply systems”.

He has 14-year work experience. At

the moment he works as the Head of

the Electrication and Automation

Department of the Nizhny Novgorod

State University of Engineering and

Economics (NNSUEE). Published 75

printed papers 1 monograph and 1

textbook for universities, received

19 patents for inventions and utility

models.

  

Родился в 1976 году. В 1998 году

окончил Нижегородскую государ-

ственную сельскохозяйственную

академию. Кандидат технических

наук, доцент. В 2011 году защитил

кандидатскую диссертацию на тему

«Повышение эффективности функ-

ционирования электрических подо-

гревателей воды путем разработки

стенда для их тестирования». В на-

стоящее время работает заведую-

щим кафедрой «Электрификация

и автоматизация» Нижегородского

государственного инженерно-эко-

номического университета (НГИЭУ).

Опубликовал 50 печатных работ, 3

монографии, получил 12 патентов

на изобретение.

OsokinVladimir Leonidovich

Was born in 1976. In 1998 he

graduated from Nizhny Novgorod

State Agricultural Academy. He is

a Candidate of Technical Sciences,

associated professor. In 2011 he

defended his Candidate’s Dissertation

with topic «Increasing the eciency of

electric water heaters by developing

its test facility». Now he is a Chief of the

chair «Electrication and automation»

at Nizhny Novgorod State Engineering

and Economic University. He published

50 scientic papers, 3 monographs, 12

patents for invention.

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ,

ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ

№ 2 (2022)

Сегодня при стремительно раз-

вивающемся прогрессе техники и

технологий появляются новые ма-

териалы, которые используются в

различных сферах жизни человека,

в том числе в эксплуатации ходовой

части локомотивов.

Одними из важнейших компонен-

тов электрических машин являются

электроизоляционные материалы

(ЭИМ) и системы изоляции, определя-

ющие эксплуатационную надежность

электрооборудования. В связи с этим

уделяется большое внимание разра-

боткам новых ЭИМ в системах изоля-

ции и технологиям их переработки.

 

 

 

В первую очередь речь идет об

инновационных диэлектрических

материалах, поскольку изоляция то-

коведущих элементов и электропро-

водки является фундаментальным

направлением обеспечения безопас-

ности пользователей и технического

персонала. Наибольшее распростра-

нение сегодня получили различные

виды компаундов:

• затвердевающие – защита наносит-

ся на поверхность токоведущего

элемента, после чего он затверде-

вает и приобретает свои рабочие

характеристики;

• жидкие – не меняют своего агрегат-

ного состояния в процессе работы;

• заливочные – по своим характери-

стикам аналогичны затвердеваю-

щим;

• пропиточные – наиболее распро-

странены, так как не содержат рас-

творители;

• вакуумные – используются там, где

в межэлектродном пространстве

возникновение электрического

тока физически невозможно, так

как там нет электродов и ионов для

переноса зарядов. Следует отме-

тить, что такие системы изоляции

довольно непрактичны и дороги,

но их перспективность очевидна.

В последнее время все более

популярными и востребованными

становятся так называемые нанома-

териалы, то есть полимерные мате-

риалы с толщиной слоя 5-250 мкм.

Современная наноэлектрическая

изоляция обладает очень привле-

кательными физическими, механи-

ческими и химическими свойствами:

• устойчивость к внешним агрессив-

ным химическим средам;

• устойчивость к кратковременным и

значительным температурным пе-

репадам;

• продолжительный срок эксплуата-

ции;

• высокие прочностные свойства,

устойчивость к механическим, в

том числе ударным, воздействиям;

• минимальные размеры, что имеет

важное значение для электроники.

Однако есть очень принципиаль-

ный аспект, который в определенной

степени ограничивает использова-

ние наноизолирующих материалов

– экологическая составляющая. Если

полимер не утилизировать должным

образом, то он является сильным за-

грязнителем окружающей среды из-

за долгого разложения.

Таким образом, благодаря иннова-

ционным технологиям материалы для

электроизоляции совершенствуются,

разрабатываются новые, в том числе

применяемые в тяговых электродви-

гателях (ТЭД) подвижного состава.

    

// NEW TRACTION MOTOR INSULATION SYSTEMS //

 .., ...,

 

  

  I,

-

В статье рассматривается ак-

туальность применения новой си-

стемы изоляции электрических ма-

шин тягового подвижного состава.

Анализируя инновационные направ-

ления применения диэлектрических

материалов, автор отмечает, что

одной из причин отказов узлов элек-

троподвижного состава является

пробой изоляции и межвитковое

замыкание обмотки якоря тягово-

го электродвигателя. Приводятся

технические решения при произ-

водстве, основные параметры,

показатели надежности и долго-

вечности, а также достоинства

рассматриваемых видов изоляции

отечественных производителей

для электрических машин тягового

подвижного состава. Сделан вывод о

целесообразности применения при-

веденной новой системы изоляции

тяговых двигателей.

Ключевые слова: электроизоля-

ционные материалы, наноэлектро-

изоляция, тяговый электродвига-

тель, подвижной состав, пробой

изоляции, класс нагревостойкости,

стеклослюдосодержащие матери-

алы.

The article discusses the relevance

of the application of a new insulation

system for electric traction rolling stock

machines. Analyzing innovative directions

of application of dielectric materials, the

author notes that one of the reasons for

failures of electric rolling stock components

is the breakdown of insulation and inter-

turn closure of the armature winding of

the traction motor. The technical solutions

in production, the main parameters,

reliability and durability indicators, as well

as the advantages of the considered types

of insulation of domestic manufacturers

for electric traction rolling stock machines

are given. The conclusion is made about

the expediency of using the above new

traction engine insulation system.

Keywords: electrical insulation

materials, nanoelectroisolation, traction

electric motor, rolling stock, insulation

breakdown, heat resistance class, glass-

containing materials.

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ,

ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ

№ 2 (2022)

При эксплуатации подвижного

состава в различных климатических

зонах тяговые машины, являющиеся

наиболее нагруженным оборудова-

нием локомотивов, подвержены ком-

плексному воздействию тепловых,

электрических и механических фак-

торов. Работа ТЭД в условиях влаж-

ности, низких температур и при зна-

чительных их перепадах приводит к

ускорению старения изоляции, ухуд-

шению объемного и поверхностного

сопротивления изоляции и увеличе-

нию вероятности ее пробоя [1, с. 10].

Существующий технологический

процесс ремонта ТЭД предусматри-

вает измерение сопротивления изо-

ляции обмоток относительно корпуса

машины и между обмотками, испыта-

ния изоляции на электрическую проч-

ность относительно корпуса машины

и между обмотками [2,с.18,24].

 



 



В последние годы усилия техни-

ческих специалистов были сосредо-

точены на разработке и применении

новых ЭИМ для систем изоляции

ТЭД локомотивов, которые работа-

ют при высоких нагрузках и потерях

мощности. Изоляция должна обла-

дать высокой теплопроводностью,

так как служит для отвода тепла от

меди, а также выдерживать высо-

кую температуру и ее перепады. В

процессе эксплуатации изоляция

подвергается деформации под дей-

ствием вибрации, а также ударным

механическим воздействиям из-за

прохождения по обмотке больших

токов при пусках и торможениях

электрических машин.

Создатели тяговых двигателей ло-

комотивов стремятся использовать

изоляцию, обладающую повышенны-

ми значениями электрической проч-

ности и способную противостоять

эксплуатационным воздействиям, что

является важным условием обеспе-

чения надежности и долговечности

применяемых электрических машин.

Повышение уровня термостойкости

и свойств изоляционных систем по-

зволяет улучшить удельные характе-

ристики электрических машин, увели-

чив срок их службы при повышении

электрических, механических и тепло-

вых нагрузок на изоляцию [3, с. 51, 52].

При создании электроизоляци-

онных материалов их объединяют в

общие системы по соответствующе-

му классу нагревостойкости. И если

ранее конструкторы электрических

машин использовали системы изо-

ляции класса нагревостойкости F, то

сегодня ставится задача максималь-

но использовать свойства новых си-

стем изоляции класса нагревостой-

кости Н при возрастании мощности

электродвигателей и увеличении

нагрева их обмоток.

  

 

С учетом того, что основной при-

чиной низкой теплопроводности

обмоток электродвигателя являет-

ся наличие локальных воздушных

прослоек между медью и изоляци-

ей, основное внимание при улуч-

шении электроизоляции направле-

но на создание новых составов для

вакуум-нагнетательной пропитки,

которая используется в техноло-

гии сухих непропитанных лент, а

также пропиточный компаунд и

пропитанные ленты для изоляции

пропитанных лент. При этом в каче-

стве дополнительных материалов

используются упрочненный про-

фильный стеклопластик, герметики,

стеклоткани, а также покрывные

эмали, полупроводящие ленты, на-

гревостойкий стеклотекстолит.

Сегодня применение новой систе-

мы изоляции электрических машин

тягового подвижного состава позво-

ляет использовать новые материалы.

Комплекс изоляционных материалов

(класс нагревостойкости F) на основе

стеклослюдосодержащих материа-

лов предназначен для вакуум-нагне-

тательной пропитки. От традиционно

используемых сухих лент они отлича-

ются повышенным содержанием свя-

зующего вещества, что обеспечива-

ет данному типу изоляции высокую

механическую прочность, а также

минимальное повреждение сложных

конфигураций обмоток тяговых дви-

гателей. Для пропитки изоляции об-

мотки данными лентами использует-

ся пропиточный компаунд на основе

ненасыщенного полиэфира, который

по технологичности и электрофизи-

ческим параметрам не уступает эпок-

сидному компаунду, а по времени за-

стывания значительно превосходит

его.

Пропитанная слюдяная высоко-

технологичная, гибкая и эластичная

лента толщиной 0,08 мм пригодна

для витковой изоляции и представ-

ляет собой композицию из слюдяной

бумаги, стеклоткани и полиэтиленте-

рефталатной пленки, пропитанной

компаундом. Подходит для ручной

или механизированной изоляции

обмоток любой конфигурации. По-

сле отверждения в предварительно

спрессованном состоянии он пока-

зывает высокие электрофизические

характеристики. При проверке ка-

чества ленты на якорных катушках,

а также для витковой и основной

изоляции главного и дополнитель-

ного полюсов тяговых двигателей все

обмотки успешно прошли испытания

на межвитковое замыкание и элек-

трическую прочность. Лента, пропи-

танная стеклослюдой с полиимид-

ной пленкой, содержит от 25 до 35%

связующего вещества (пропиточного

компаунда) и предназначена для ва-

куум-нагнетательной пропитки. Эта

лента может использоваться в каче-

стве витковой и основной изоляции

обмоток якоря и компенсационных

катушек по классу термостойкости

Н. Компаунд, представляющий со-

бой раствор ненасыщенного олиго-

эфирциануратимида и эпоксидной

смолы в олигоэфиракрилате, обла-

дает высокими диэлектрическими

характеристиками и цементирующей

способностью, низкой вязкостью при

температуре 35–50°С, высокой тер-

мостабильностью.

Комплекс изоляционных мате-

риалов (класс нагревостойкости С),

изготавливаемый на основе стеклос-

людосодержащих материалов и

пропиточного компаунда для ва-

куум-нагнетательной пропитки об-

моток, обладает высокой жизнеспо-

собностью.

Проводимый после разработки

новой системы изоляции тяговых дви-

гателей комплекс экспериментальных

исследований включает в себя оценку

электрофизических и технологиче-

ских параметров всех электроизоля-

ционных материалов, а также много-

факторные испытания обмоток. После

разработки новой системы изоляции

тяговых двигателей эксперименталь-

ные исследования включают оценку

электрических и технологических па-

раметров всех электроизоляционных

материалов, многофакторные испы-

тания обмоток, а также влияние элек-

трического поля, температуры, меха-

нических и других эксплуатационных

нагрузок на уровень изменения ос-

новных характеристик новой изоля-

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ,

ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ

№ 2 (2022)

ционной системы электродвигателя.

Проведенные электрические ис-

пытания системы изоляции обмоток

тяговых двигателей электропоез-

да, состоящей из ленты на основе

стеклослюдосодержащих материалов

и пропиточного компаунда для ва-

куум-нагнетательной пропитки, пока-

зали ее высокие характеристики как

в исходном состоянии, так и после

термического старения при темпера-

туре 200 °С в течение 160 часов. Пока-

затели при испытаниях на длительную

электрическую прочность были очень

высокими [4,с. 1 – 5].

Система изоляции класса нагрево-

стойкости F (155°C) на основе слюдя-

ной ленты и пропиточного компаунда

была внедрена при капитальном ре-

монте с заменой изоляции двигателей

тепловозов и электровозов практиче-

ски на всех заводах ОАО «РЖД». Дан-

ная система изоляции повторно про-

шла ресурсные испытания, которые

подтвердили класс нагревостойкости

F и высокий ресурс изоляции. Допол-

нительно были проведены испытания

пропиточного компаунда. Они под-

твердили высокий уровень его тех-

нических характеристик, по которым

компаунд не уступает, а по ряду пока-

зателей превосходит используемый в

настоящее время пропиточный ком-

паунд. В настоящее время завершены

работы по модификации данного ком-

паунда с целью повышения ремонто-

пригодности ТЭД. Одновременно с

этим была разработана система изо-

ляции ТЭД класса нагревостойкости Н

на основе слюдяной ленты при разра-

ботке проекта модернизации ТЭД, ко-

торые в настоящее время находятся

в эксплуатации. Данных о выходе из

строя модернизированных ТЭД нет.

В рамках проекта по разработ-

ке скоростного электроподвижно-

го состава нового поколения были

проведены работы по разработке

новых систем изоляции класса на-

гревостойкости 200°С для асинхрон-

ного ТЭД. Оптимальным решением

явилась разработка слюдяных лент,

содержащих в своем составе поли-

имидную пленку. В качестве про-

питочного состава использовался

кремнийорганический компаунд,

который по нагревостойкости, вла-

гостойкости и электрическим харак-

теристикам находится на высоком

уровне и широко применяется ве-

дущими зарубежными компаниями.

Проведенные предварительные

испытания разработанной системы

изоляции ТЭД класса нагревостой-

кости Н (200°С) на основе слюдяной

ленты и пропиточного компаунда

показали, что новая система изо-

ляции в целом обладает высокими

электропрочностными свойствами,

устойчивостью к воздействию ста-

рящих и климатических факторов.

Она превосходит используемую в

серийном производстве ТЭД систе-

му аналогичного класса по всему

комплексу исследованных в рамках

выполненных испытаний показате-

лей и может быть использована при

производстве асинхронных ТЭД.

Таким образом, новые материалы

для изоляции обмоток тяговых дви-

гателей локомотивов включают весь

спектр изоляции по классам нагрево-

стойкости от F до C. Высокие электро-

физические и механические свойства

материалов выпускаемых предприя-

тием, а также их стойкость к высоким

температурам позволяет значительно

повысить надежность изоляции элек-

трических машин [5, с. 8, 9].



Приведенные данные позволи-

ли раскрыть преимущества новой

системы изоляции электрических

машин тягового подвижного соста-

ва. Использование нонноизоляции

обеспечит возможность более на-

дежной, многофункциональной,

безопасной и эффективной работы

электрических машин по сравнению

с использованием традиционных си-

стем изоляции тяговых двигателей.



1 Тяговые электрические двига-

тели электровозов / В.И. Бочаров,

В.И. Захаров, Л.Ф. Коломейцев, Г.И.

Колпахчьян, М.А. Комаровский, В.Г.

Наймушин, В.И. Седов, И.И. Талья,

В.Г. Щербаков, В.П. Янов; Под ред. В.Г.

Щербакова. – Новочеркасск: Агент-

ство Наутилус, 1998. – 672 с., ил.

2. Технологическая инструкция на

деповский ремонт ТЭД типа ТЛ-2К.

3.Долгова А. В. К вопросу о совершен-

ствовании технологии ремонта тяго-

вых электродвигателей локомотивов /

А. В. Долгова, П. К. Шкодун. – Текст : не-

посредственный // Молодой ученый.

– 2010. – № 1-2 (13). – Т. 1. – С. 51-54. –

[Электронный ресурс]. – Режим досту-

па: https://moluch.ru/archive/13/1064/

(дата обращения: 15.11.2021).

4.Биржин А. П. Новые электроизоля-

ционные материалы ЗАО «Электро-

изолит» //Газета «Энергетика и про-

мышленность России» // – 2005. – №

5 (57) [Электронный ресурс]. – Ре-

жим доступа: https://www.eprussia.

ru/epr/(дата обращения: 15.11.2021).

5. Папков А.В., Мельниченко А.П.,

Пак B.M., Куимов И.Е Современные

электроизоляционные материалы

для систем изоляции вращающихся

электрических машин // «ЭЛЕКТРО-

ТЕХНИКА» // – 2009. – № 03 [Элек-

тронный ресурс]. – Режим доступа:

2009_3.pdf (booksite.ru) (дата обра-

щения: 15.11.2021).

  

Родилась в 1967 году. В 2000 году

окончила Петербургский государ-

ственный университет путей сообще-

ния по специальности «Автоматика,

телемеханика и связь на железнодо-

рожном транспорте». Кандидат тех-

нических наук, доцент. В 2006 году

защитила диссертацию по теме «Со-

здание компьютерного тренажера-и-

митатора для обучения безопасным

приемам труда». Опыт работы – 25

лет. В настоящее время работает до-

центом кафедры «Электротехника и

теплоэнергетика» Петербургского го-

сударственного университета путей

сообщения Императора Александра

I. Удостоена благодарности Министра

транспорта Российской Федерации.

Является автором 67 публикаций, из

них 18 учебно-методических и 49 на-

учных работ.

Ryzhova Elena Lvovna

Was born in 1967. In 2000 she

graduated from St. Petersburg State

Transport University majoring in

Automation, Telemechanics and

Communications on Railway Transport.

Candidate of Technical Sciences,

Associate Professor. In 2006 she

defended her dissertation on the topic

“Computer simulator-simulator creation

for the teaching safe labor practices”.

He has 25-year work experience. At

the moment she works as the Assistant

Professor of the Electrical Engineering

and Thermal Power Engineering

Department of the St. Petersburg State

Transport University. She was awarded

the Note of acknowledgment of the

Minister of Transport of the Russian

Federation. He is the author of 67

publications, including 18 educational

and methodical and 49 scientic

papers.

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ,

ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ

№ 2 (2022)



Тяговые двигатели (ТЭД) под-

вижного состава железных дорог

являются электрическими машина-

ми, предназначенными для работы

с высокими электромагнитными,

тепловыми и механическими на-

грузками. В условиях эксплуатации

ТЭД локомотивов подвержены воз-

действию ударных нагрузок, влаги,

пыли, перепадов температуры. Это

определяет частые случаи выхода

ТЭД из строя, в том числе в пути сле-

дования с поездами, что приводит к

сбоям в графике движения поездов,

финансовым и имиджевым потерям

эксплуатирующих организаций. По

имеющимся данным около 75% ТЭД

локомотивов приходится менять

из-за возникающих отказов раньше

срока очередного среднего или ка-

питального ремонта, при этом око-

ло 60% случаев – это отказы ТЭД на

линии. Основными причинами от-

казов ТЭД являются низкое сопро-

тивление изоляции, пробой изоля-

ции, переброс и круговой огонь по

коллектору. В наибольшей степени

отказам подвержены тяговые дви-

гатели распространенных серий

ЭД-118, ЭД-133, применяющиеся на

локомотивах серий 2ТЭ10, 2ТЭ116,

при этом отказы по причине низкого

сопротивления изоляции обмотки

якоря и межвитковым замыканиям в

обмотке составляют более 40% слу-

чаев.

В настоящее время способами

контроля текущего состояния изо-

ляции ТЭД в эксплуатации, регла-

ментированными действующими

нормативными документами [1–3],

являются измерение сопротивления

изоляции мегаомметром, испыта-

ние изоляции на пробой на высо-

ковольтной установке и контроль

повышенным напряжением.

Измерение сопротивления изоля-

ции выполняется переносным при-

бором при всех видах технического

обслуживания и текущего ремонта,

дает представление о текущем со-

стоянии изоляции, позволяет выяв-

лять грубые дефекты изоляции, но

не позволяет оценивать остаточный

ресурс изоляции. Кроме этого, со-

противление изоляции является па-

раметром, наиболее восприимчивым

к внешним воздействиям, которые

могут резко изменяться за короткое

время, в первую очередь влажности.

Испытания изоляции на пробой

и испытания повышенным напряже-

нием выполняются на стационарных

установках при приемо-сдаточных

испытаниях после прохождения ТЭД

текущего ремонта ТР-3, среднего и

капитального ремонта. Недостатка-

ми этих способов контроля состоя-

ния изоляции являются снижение ее

ресурса при испытаниях на пробой,

C   

  

// IMPROVEMENT OF THE INSULATION CONTROL SYSTEM

FOR TRACTION MOTORS OF LOCOMOTIVES //

 ..,

 «»,

. 

 ..,

 

  

 I,

. -

 ..,

 

  

 I,

. -

Анализ статистических данных

по неисправностям локомотивов

показывает, что значительное

количество отказов возникает в

результате неисправностей систе-

мы изоляции тяговых двигателей. В

настоящее время нормативными

документами ОАО «РЖД» регламен-

тированы следующие виды испыта-

ний изоляции тяговых двигателей:

измерение сопротивления изоляции,

испытания повышенным напря-

жением и испытания на пробой. В

настоящей статье предлагается

расширение номенклатуры параме-

тров изоляции, контролируемых в

процессе эксплуатации, за счет из-

мерения коэффициента абсорбции,

возвратного напряжения, тангенса

угла диэлектрических потерь и ем-

кости изоляции. Даны результаты

мониторинга дополнительных па-

раметров изоляции тяговых дви-

гателей в ходе эксплуатационных

испытаний, сформулированы кри-

терии отбраковки тяговых двига-

телей по состоянию изоляции.

Ключевые слова: электрическая

изоляция, тяговый двигатель, локо-

мотив.

An analysis of statistical data

on locomotive failures shows that a

signicant number of failures occur

as a result of failures in the traction

motor insulation system. Currently,

Russian Railways regulations regulate

the following types of traction motor

insulation tests: insulation resistance

measurement, high voltage tests, and

breakdown tests. This article proposes

to expand the range of insulation

parameters controlled during operation

by measuring the absorption coecient,

return voltage, dielectric loss tangent,

and insulation capacitance. The results

of monitoring additional insulation

parameters of traction motors during

operational tests are given, criteria for

rejecting traction motors according to

the state of insulation are formulated.

Keywords: electrical insulation,

traction motor, locomotive.

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ,

ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ

№ 2 (2022)

а также невозможность оператив-

ного контроля текущего состояния

изоляции в процессе эксплуатации

при выполнении технических обслу-

живаний и текущих ремонтов мало-

го объема.

Указанные обстоятельства сви-

детельствуют о необходимости

совершенствования системы кон-

троля изоляции ТЭД по следующим

направлениям: развитие системы

неразрушающего контроля изоля-

ции путем расширения номенклату-

ры параметров, контролируемых в

процессе эксплуатации; дополнение

контроля текущего состояния изоля-

ции прогнозированием ее остаточ-

ного ресурса; аппаратное обеспе-

чение технологического процесса

контроля мобильными средствами

диагностики, позволяющими опера-

тивно измерять расширенную сово-

купность параметров изоляции; со-

здание базы данных по каждому ТЭД

и пополнение ее при каждом новом

измерении параметров изоляции,

выполняемом при технических об-

служиваниях и текущих ремонтах.

 

  



К дополнительным параметрам

изоляции, обеспечивающим нераз-

рушающий контроль, измерение

которых целесообразно проводить

вместе с измерением сопротивле-

ния изоляции, будем относить: коэф-

фициент абсорбции (K

), возвратное

напряжение (U

), тангенс угла диэ-

лектрических потерь (tgδ), емкость

изоляции (С).

 . При

приложении к изоляции электриче-

ского поля в ней возникают электро-

проводность, обусловленная токами

утечки по примесям, и поляризация,

обусловленная процессом заряда

объемных емкостей изоляции. Если

изоляция подключена к постоянно-

му напряжению, то в ней будут на-

блюдаться две составляющие тока:

постоянный ток утечки (I

), характе-

ризующий степень увлажнения и за-

грязнения изоляции, и экспоненци-

ально затухающий ток абсорбции (I

аб

Отношение максимального тока

абсорбции к току утечки Iаб.max/Iу

характеризует степень увлажнения

изоляции. Принято считать, что при

аб.max

< 1 изоляция является увлаж-

ненной и требует сушки. Для боль-

шинства видов изоляции ток абсор-

бции затухает в течение 60 секунд.

Поскольку измерение токов в изоля-

ции затруднительно, степень увлаж-

нения изоляции принято оценивать с

помощью коэффициента абсорбции







(15)



(60)



(60)



(15)

где i

(15)

, R

(15)

– ток и сопротивление

изоляции через 15 секунд после

приложения напряжения;

(60)

, R

(60)

– то же через 60 секунд

после приложения напряжения.

В процессе эксплуатации изо-

ляция ТЭД подвергается тепловым,

электрическим и механическим на-

грузкам, происходит ее старение, и

коэффициент абсорбции постепен-

но снижается.

Правилами технической эксплу-

атации электроустановок потреби-

телей [4] регламентировано изме-

рение коэффициента абсорбции

обмоток статора для электрических

машин переменного тока общепро-

мышленного применения и уста-

новлены значения коэффициента

абсорбции: K

>1,2 для двигателей с

микалентной компаундированной

изоляцией; K

>1,3 для двигателей с

термореактивной изоляцией. Нор-

мы испытаний электрооборудования

ПАО «Россети» предусматривают из-

мерение коэффициента абсорбции

для высоковольтных электрических

машин переменного тока мощно-

стью более 1 МВт и электрических

машин постоянного тока; его вели-

чина установлена K

>1,2…1,3 [5]. Ус-

ловия эксплуатации электрических

машин стационарного размещения

являются более щадящими по срав-

нению с тяговыми электрическими

машинами. По этой причине вели-

чина коэффициента абсорбции для

ТЭД локомотивов должна быть опре-

делена по результатам специального

исследования. Для ТЭД как постоян-

ного, так и переменного тока, изме-

рение коэффициента абсорбции не

регламентировано и его значения не

нормированы, хотя исследования о

возможности оценки состояния изо-

ляции ТЭД по величине коэффициен-

та абсорбции проводились в Нижего-

родском филиале РГОТУПС [6].

 . Изме-

рение возвратного напряжения так-

же относится к неразрушающим ме-

тодам контроля изоляции. Изоляция

обмоток якоря ТЭД представляет со-

бой многослойную структуру, в ко-

торой при приложении испытатель-

ного напряжения происходит заряд

емкостей слоев. После отключения

изоляции от источника напряжения

и кратковременного замыкания на-

коротко заряд, накопленный в ге-

ометрической емкости изоляции,

спадает до нуля, а заряд, копленный

на границе слоев (заряд абсорбции)

практически не меняется. Заряд

абсорбции распределяется меж-

ду слоями изоляции и определяет

наличие возвратного напряжения,

которое складывается из экспонент,

скорость затухания которых опреде-

ляется сопротивлением и емкостью

каждого слоя изоляции. В процессе

эксплуатации происходит старение

изоляции, ее электрическая проч-

ность и возвратное напряжение

уменьшаются. Измеряя возвратное

напряжение изоляции в процессе

эксплуатации в одинаковые момен-

ты времени после начала снижения

заряда абсорбции, можно судить о

степени старения изоляции ТЭД.

Исследования о возможности

оценки состояния изоляции транс-

форматоров по величине возврат-

ного напряжения проводились

применительно к высоковольтным

трансформаторам общего назначе-

ния [7, 8], однако Правилами техниче-

ской эксплуатации электроустановок

потребителей измерение возврат-

ного напряжения трансформаторов

и электрических машин не регла-

ментировано [4]. Нормативными до-

кументами ОАО «РЖД» измерение

возвратного напряжения ТЭД локо-

мотивов также не предусмотрено [2,

3], хотя исследования о возможности

оценки состояния изоляции ТЭД по

величине возвратного напряжения

проводились применительно к ТЭД

серии НБ-406 электровозов [6].

  

. Этот параметр изоляции

представляет собой отношение ак-

тивной проводимости изоляции к

ее емкостной проводимости. Его

величина определяется диэлектри-

ческой проницаемостью и электро-

проводностью изоляции, не зависит

от размеров изоляции и косвенно ха-

рактеризует ее состояние, поскольку

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ,

ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ

№ 2 (2022)

распределенные дефекты (увлажне-

ние, ионизация газовых включений)

приводят к увеличению диэлектри-

ческих потерь. Рост диэлектрических

потерь не только свидетельствуют о

развитии дефектов изоляции, но и

может приводить к ее нагреву и уско-

рению процесса теплового старения.

Периодические измерения тангенса

угла диэлектрических потерь в экс-

плуатации позволяют судить о старе-

нии изоляции и ухудшении ее свойств.

Контроль тангенса угла диэлек-

трических потерь регламентирован

нормативными документами для

изоляции высоковольтных транс-

форматоров [4, 5]. Для изоляции ТЭД

локомотивов измерение данного па-

раметра не регламентировано.

 . Измерение

емкости изоляции также позволяет

проводить неразрушающий кон-

троль качества изоляции: степени ее

увлажнения, загрязнения и местного

разрушения. Метод контроля емко-

сти изоляции на разных частотах пе-

ременного тока основан на том, что

диполи, которыми представляются,

например, частицы влаги, содержа-

щиеся в изоляционном материале,

на малых частотах успевают ориен-

тироваться вдоль линий электриче-

ского поля, что увеличивает емкость

изоляции. При высоких частотах

изменения приложенного электри-

ческого поля диполи влаги не успе-

вают переориентироваться по лини-

ям поля, что приводит к снижению

емкости изоляции. Таким образом,

для неувлажненной изоляции отно-

шение емкостей на разных частотах

будет близко к единице; чем больше

влажность изоляции, тем больше бу-

дет отношение емкости на малой ча-

стоте к емкости на высокой частоте.

Контроль емкости изоляции ТЭД

локомотивов действующими норма-

тивными документами ОАО «РЖД»

не регламентирован.

 

  

  



В рамках научно-исследователь-

ских работ по совершенствованию

изоляции ТЭД локомотивов, нахо-

дящихся в эксплуатации, а также

развитию системы контроля теку-

щего состояния изоляции и про-

гнозирования ее остаточного ре-

сурса, в АО «ВНИКТИ» разработана

новая изоляционная конструкция

ТЭД серии ЭД-118 с повышенным

классом нагревостойкости (класс

Н). Модернизированной системой

изоляции класса Н могут оснащать-

ся ТЭД локомотивов при ремонте

со сменой изоляции, что позволит

снизить перегревы по отношению

к нормативному значению для но-

вого класса изоляции при тех же

токовых нагрузках и сократить ко-

личество отказов по изоляции ТЭД

локомотивов на линии. Комплектом

ТЭД с системой модернизированной

изоляции класса Н был оборудован

тепловоз 2ТЭ116-1431. Одновре-

менно комплектом ТЭД со штатной

системой изоляции класса F был

оборудован тепловоз 2ТЭ116-1430.

Оба тепловоза были направлены в

опытную эксплуатацию в депо Дно

Октябрьской ж.д. В течение периода

подконтрольной эксплуатации (32

месяца) осуществлялся регулярный

мониторинг дополнительных пара-

метров изоляции ТЭД обоих тепло-

возов с тем, чтобы установить ха-

рактер изменения дополнительных

параметров в условиях реальных

эксплуатационных нагрузок. Кроме

этого, для обеспечения возможно-

сти контроля текущего состояния

изоляции и прогнозирования ее

остаточного ресурса должны быть

установлены пороговые (предельно

допустимые) значения дополнитель-

ных параметров, а также сформули-

рованы критерии отбраковки, по

которым ТЭД должен быть демонти-

рован и направлен в ремонт.

На Рис. 1 – 4 представлены ре-

зультаты мониторинга дополнитель-

ных параметров изоляции в виде

усредненных по каждому комплекту

двигателей зависимостей от эксплу-

атационной работы локомотива. Из

представленных зависимостей вид-

но, что, исключая период начальной

приработки, зависимости допол-

нительных параметров изоляции

от эксплуатационной работы локо-

мотива могут аппроксимированы

линейными функциями. При этом

аппроксимационные коэффициенты

в общем случае будут зависеть от ха-

рактеристик изоляционных материа-

лов, используемых при производстве

и ремонте ТЭД со сменой изоляции.

В таблице 1 приведены порого-

вые значения дополнительных па-

Таблица 1.

Пороговые значения дополнительных параметров изоляции ТЭД (класса Н) серии ЭД-118

Наименование

параметра

Коэффициент

абсорбции

Возвратное

напряжение, В

Тангенс угла диэлектриче-

ских потерь (1000 Гц), мЕд

Емкость изоляции

(1000 Гц), нФ

Пороговое значение 0,8 4,0 28,5 52,8

Рис. 1. Зависимость коэффициента абсорбции изоляции ТЭД серии ЭД-118 от

эксплуатационной работы локомотива: 1 – штатная изоляция класса F;

2 – модернизированная изоляция класса Н

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ,

ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ

№ 2 (2022)

раметров изоляции класса Н для ТЭД

серии ЭД-118.

По результатам эксплуатационных

испытаний могут быть сформулиро-

ваны следующие критерии отбраков-

ки ТЭД по текущему состоянию изоля-

ции, которое оценивается с помощью

дополнительных параметров:

1. Возвратное напряжение ниже по-

рогового значения.

2. Возвратное напряжение равно или

приближено к пороговому значе-

нию, а величина емкости изоляции

на частоте 55 Гц или тангенса угла

диэлектрических потерь на той же

частоте приближена к пороговому

значению или выше него.

3. Коэффициент абсорбции ниже по-

рогового значения и тангенс угла

диэлектрических потерь на часто-

те 55 Гц выше порогового значения

при соблюдении критерия сухости

изоляции С

(55)

/С

(1000)

≈1.

4. Коэффициент абсорбции ниже

порогового значения и возврат-

ное напряжение приближено или

равно пороговому значению при

соблюдении критерия сухости изо-

ляции С

(55)

/С

(1000)

≈1.



В процессе эксплуатации изоля-

ция ТЭД локомотивов подвергается

электрическим, механическим и те-

пловым нагрузкам, а также воздей-

ствию климатических факторов. Это

приводит к возникновению распре-

деленных и локальных дефектов, ко-

торые могут вызывать пробой изо-

ляции. В настоящее время текущий

контроль состояния изоляции ТЭД

осуществляется путем измерения ее

сопротивления. Это позволяет выяв-

лять грубые дефекты изоляции, но

дает мало информации о ее скрытых

дефектах и ресурсной составляю-

щей. Применение дополнительных

параметров изоляции позволяет

оценивать не только текущее состо-

яние изоляции, но и прогнозировать

ее остаточный ресурс в процессе

эксплуатации.

По результатам испытаний опыт-

ных комплектов ТЭД серии ЭД-118 на

тепловозах в условиях штатной экс-

плуатации установлены зависимости

дополнительных параметров изоля-

ции ТЭД этого типа от тонно-киломе-

тровой работы локомотива, а также

Рис. 2. Зависимость возвратного напряжения изоляции ТЭД серии ЭД-118 от

эксплуатационной работы локомотива: 1 – штатная изоляция класса F;

2 – модернизированная изоляция класса Н

Рис. 3. Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь изоляции ТЭД серии

ЭД-118 от эксплуатационной работы локомотива: 1 – штатная изоляция

класса F при частоте 55 Гц; 2 – модернизированная изоляция класса Н

при частоте 55 Гц; 3 – штатная изоляция класса F при частоте 1000 Гц;

4 – модернизированная изоляция класса Н при частоте 1000 Гц

Рис. 4. Зависимость емкости изоляции ТЭД серии ЭД-118 от эксплуатационной

работы локомотива: 1 – штатная изоляция класса F при частоте 55 Гц;

2 – модернизированная изоляция класса Н при частоте 55 Гц; 3 – штатная

изоляция класса F при частоте 1000 Гц; 4 – модернизированная

изоляция класса Н при частоте 1000 Гц

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ,

ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ

№ 2 (2022)

сформулированы критерии отбра-

ковки ТЭД в эксплуатации по состо-

янию изоляции. Исключая период

начальной приработки, указанные

зависимости могут быть аппрокси-

мированы линейными функциями,

что делает их практическое исполь-

зование доступным. В совокупности

с наполнением базы данных это дает

возможность прогнозировать оста-

точный ресурс изоляции каждого

ТЭД в условиях депо и позволяет пе-

рейти от планово-предупредитель-

ной системы ремонтов ТЭД к ремон-

ту по состоянию.



1. ГОСТ 2582-2013. Машины электри-

ческие вращающиеся тяговые. Об-

щие технически е условия. М.: Стан-

дартинформ, 2014. – 119 С.

2. Правила ремонта электрических

машин тепловозов ЦТ-ЦТВР-4677.

3. Руководство по среднему и капи-

тальному ремонту электрических

машин тепловозов РК 103.11.321-

2004-ЛУ. Москва, 2004.

4. Правила технической эксплуата-

ции электроустановок потребите-

лей. Утверждены приказом Минэ-

нерго России от 13 января 2003 года

№ 6. http://elec.ru

5. Объем и нормы испытаний элек-

трооборудования. Стандарт орга-

низации СТО 34.01-23.1-001-2017. –

ПАО «Россети», 2017. – 262 с.

6. Серебряков А.С. Электротехниче-

ское материаловедение. Электрои-

золяционные материалы. М.: Марш-

рут, 2005. – 280 С.

7. Серебряков А.С., Семенов Д.А.

Тестовая диагностика корпусной

изоляции распределительных

трансформаторов АПК // Труды Ни-

жегородского государственного тех-

нического университета им. Р.Е. Алек-

сеева. – № 4 (91), 2011. – С. 191-197.

8. Волков А.С., Груздев В.В., Крю-

ков О.В. Методика определения

остаточного ресурса изоляции по

возвратному напряжению для рас-

пределительных трансформаторов

подстанций // Автоматизация и IT в

энергетике. – № 4 (141), 2021 – С. 2-8.

  

В 2004 году окончил Российский

государственный открытый техниче-

ский университет путей сообщения

(РГОТУПС) по специальности «Элек-

трический транспорт». С 2005 года

работает в АО «ВНИКТИ», с 2014 года

– начальник отдела АО «ВНИКТИ».

Имеет 11 научных трудов.

Prokhor Denis Ivanovich

In 2004 he graduated from

the Russian State Open Technical

University of Railways (RGOTUPS)

majoring in Electric Transport. Since

2005 he has been working at AO

VNIKTI, since 2014 he is the Head of

Department of the AO VNIKTI. He has

11 scientic papers.

  

Доктор технических наук, доцент.

В 1988 году окончил Ленинградский

институт инженеров железнодо-

рожного транспорта по специально-

сти «Электрификация транспорта».

В 2004 году защитил докторскую

диссертацию по проблеме электро-

магнитной совместимости и взаи-

модействия сверхпроводниковых

магнитных систем с электрооборудо-

ванием традиционного исполнения.

Профессор кафедры «Электротех-

ника и теплоэнергетика» Петербург-

ского университета путей сообщения

Императора Александра I (ПГУПС).

Имеет около 100 научных трудов.

Nikitin Viktor Valerievich

Doctor of Technical Sciences,

Associate Professor. In 1988 he

graduated from the Leningrad

Institute of Railway Transport

Engineers majoring in Transport

Electrication. In 2004 he defended his

doctor’s dissertation on the problem

of electromagnetic compatibility

and interaction of superconducting

magnetic systems with traditional

electrical equipment. Professor of the

Electrical Engineering and Thermal

Power Engineering Department of

the St. Petersburg State Transport

University. He has about 100 scientic

papers.

  -



Доктор технических наук, про-

фессор. Окончил ПГУПС в 2001 году

по специальности «Электрический

транспорт». Заведующий кафедрой

«Электрическая тяга» ПГУПС. В 2018

году защитил докторскую диссерта-

цию по проблеме повышения энер-

гетической эффективности электри-

ческого подвижного состава. Имеет

свыше 150 научных трудов.

Evstaev Andrey Mikhailovich

Doctor of Technical Sciences,

Professor. He graduated from St.

Petersburg State Transport University

in 2001 majoring in Electric Transport.

Head of the Electric Traction

Department of the St. Petersburg

State Transport University. In 2018, he

defended his doctoral dissertation on

the problem of improving the energy

eciency of electric rolling stock. He

has more than 150 scientic papers.

ДИАГНОСТИКА И ИСПЫТАНИЯ

№ 2 (2022)

   

 

 

// MONITORING THE TECHNICAL CONDITION OF POWER TRANSFORMERS

BY THE METHOD OF ACOUSTIC DIAGNOSTICS //

 .,

 

  ,

. 

Актуальность заявленной те-

матики научного исследования об-

уславливается необходимостью

разработки и последовательного

внедрения эффективных методик

текущего технического состояния

силовых трансформаторных под-

станций в системе железных дорог

Республики Казахстан с использо-

ванием методов акустического

диагностирования. Целью данной

научно-исследовательской рабо-

ты является изучение перспектив

улучшения контроля технического

состояния силовых трансформа-

торов, применяющихся в железно-

дорожном хозяйстве Казахстана

при условии использования метода

акустического диагностирования

для решения всех проблемных вопро-

сов осуществления подобного кон-

троля. Основу методологического

подхода в данной научно-исследова-

тельской работе составляет соче-

тание методов системного анализа

существующих на сегодняшний день

подходов к осуществлению контро-

ля текущего технического состо-

яния силовых трансформаторов с

использованием методов акустиче-

ского диагностирования с аналити-

ческим исследованием принципиаль-

ных возможностей осуществления

данных операций в системе желез-

ных дорог Республики Казахстан.

Результаты, полученные в ходе дан-

ной научно-исследовательской ра-

боты, свидетельствуют о наличии

разнообразных вариантов приме-

нения методов акустического диа-

гностирования для осуществления

контроля технического состояния

силовых трансформаторных под-

станций, а также подтверждают

необходимость последующего усо-

вершенствования применяющихся

методик контроля для достижения

высокого качества функциониро-

вания силовых трансформатор-

ных подстанций железных дорог.

Результаты данной научно-иссле-

довательской работы, а также

сформулированные на их основании

выводы имеют существенное при-

кладное и практическое значение

для сотрудников различных подраз-

делений и служб железнодорожной

отрасли Республики Казахстан, по

роду деятельности сталкиваю-

щихся с необходимостью практи-

ческой реализации широкого ком-

плекса мероприятий по контролю

технического состояния силовых

трансформаторных подстанций,

обеспечивающих бесперебойное

функционирование подвижного со-

става железной дороги, а также для

разработчиков методов техниче-

ского контроля состояния силовых

трансформаторов, в чьи функции

входит повышение эффективности

применяющихся методов контроля.

Ключевые слова: силовые транс-

форматорные подстанции, тяга

поездов, подвижной состав же-

лезной дороги, акустическое диа-

гностирование, железнодорожная

отрасль Республики Казахстан,

контроль технического состояния

силовых трансформаторов.

The relevance of the stated topic of

scientic research is due to the need to

develop and consistently implement

eective methods of the current state

of power transformer substations in

the railway system of Kazakhstan,

using methods of acoustic diagnostics.

The purpose of this research work is to

study the prospective improvement of

the control of the technical condition

of power transformers used in the

railway economy of Kazakhstan,

provided that the method of acoustic

diagnostics is used to solve all the

problematic issues of such control. The

basis of the methodological approach

in this research work is the methods

of combining the methods of system

analysis today, approaches to the use

of methods for monitoring the technical

condition of power transformers using

methods of acoustic diagnostics of

the Republic of Kazakhstan, with an

analytical study of the main possibilities

of carrying out operations in the railway

system of Kazakhstan. The results

obtained in this research work indicate

the presence of various options for the

application of acoustic diagnostics

methods for monitoring the technical

condition of power transformer

substations, and also conrm the need

for further improvement of control

methods to achieve high quality

of operation of power transformer

substations of railways. The results of

this research work, as well as practical

conclusions based on them, have

signicant applied and practical

importance for employees of various

departments and services of the railway

industry of the Republic of Kazakhstan.

Ensuring the uninterrupted operation of

the rolling stock of the railway, as well as

for developers of methods for technical

control of the state of power transformers.

Keywords: power transformer

substations, train traction, railway

rolling stock, acoustic diagnostics,

railway industry of the Republic of

Kazakhstan, control of the technical

condition of power lines of transformers.

ДИАГНОСТИКА И ИСПЫТАНИЯ

№ 2 (2022)



К числу наиболее распростра-

ненных и эффективных в практи-

ческом использовании методов

контроля технического состояния

силовых трансформаторов является

метод акустического диагностиро-

вания, предполагающий локацию и

точечное определение уровня рас-

пределяемых звуковых разрядов.

Таковыми называются разряды, шун-

тирующие только определенный

участок изоляционного покрытия

силового трансформатора. Они сви-

детельствуют о наличии локальных

дефектов, требующих своевремен-

ного устранения. Это могут быть ос-

лабления изоляционного покрытия

по причине образования газовых

полостей, а также возникновения

острых кромок металлических кон-

струкций [1]. Включения газа явля-

ются ослабленными участками вне

зависимости от консистенции изо-

ляционного покрытия (твердое или

жидкое), ослабление которых имеет

место по причине несоответствия

показателей диэлектрической про-

ницаемости газа, а также высоких

показателей напряженности элек-

трического поля, имеющих место во

включениях и в несколько раз пре-

вышающих аналогичные значения

в других точках изоляционного по-

крытия. Также следует принимать во

внимание тот факт, что показатель

электрической плотности газа суще-

ственно меньше, чем аналогичный

показатель твердых и жидких диэ-

лектриков. Возникновение описыва-

емых частичных разрядов возможно

также в непосредственной близости

от острых краев электродов, в об-

ластях, где существенно возраста-

ют напряженности электрического

поля [2]

Необходимость осуществле-

ния своевременного контроля

технического состояния силовых

трансформаторов методом аку-

стического диагностирования во

многом обуславливается частыми

повреждениями изоляционного по-

крытия силовых трансформаторов,

происходящих по причине частых

разрядов в масляных прослойках,

пребывающих в непосредственном

контакте с твердой изоляцией. В по-

добных ситуациях на поверхности

твердого изоляционного покрытия

появляются устойчивые проводя-

щие следы. На подобных участках из-

за возникновения избыточных пере-

напряжений и рабочих напряжений

возможно возникновение разрядов

поверхностного типа, развитие ко-

торых происходит непрерывно и за-

вершается пробоем изоляционного

покрытия [3]. Это свидетельствует о

значительной опасности, которую

несут в себе частичные разряды для

изоляции силовых трансформато-

ров из-за высокой вероятности раз-

рушения изоляционного покрытия

на отдельных участках и развития

пробоев промежутков изоляции.

Технический персонал, в чьи

непосредственные служебные обя-

занности входит обслуживание

силовых трансформаторных под-

станций, вынужден сталкиваться с

проблемами возникновения про-

боев изоляционного покрытия, а

также появления частичных разря-

дов в изоляционном слое при вы-

соких и сверхвысоких значениях

напряжения на линиях подстанций.

Этим объясняется необходимость

своевременного и качественного

осуществления контроля техниче-

ского состояния силовых трансфор-

маторов методом акустического

диагностирования с целью пред-

упреждения пробоев изоляции

и обеспечения бесперебойного

функционирования силовых транс-

форматорных подстанций [4].

Сложившаяся ситуация обуслав-

ливает необходимость проведения

исследований, основными задачами

которых являются:

• оценка технического состояния

современных силовых трансфор-

маторных подстанций, которые

используются в системе желез-

нодорожного транспорта Респу-

блики Казахстан, с акцентом на

определение текущих проблем

технического состояния маслона-

полненного оборудования, выпол-

ненного при проведении монито-

ринга частичных разрядов;

• разработка и внедрение методик

акустических измерений, пред-

назначенных для диагностики и

анализа частичных разрядов на

изоляционном покрытии транс-

форматорных подстанций, а также

определения конкретного место-

расположения дефектов транс-

форматорной изоляции;

• проведение научных эксперимен-

тов, направленных на изучение су-

ществующих методик диагностики

оборудования силовых трансфор-

маторных подстанций.

Проблемой существующих на-

учных исследований вопросов

осуществления контроля текущего

технического состояния трансфор-

маторных подстанций является от-

сутствие подробных и достоверных,

проверенных практическим путем

научных разработок использования

методик акустического диагности-

рования технического состояния си-

ловых трансформаторов [5]. Данное

научное исследование предполага-

ет восполнение этого пробела в на-

учных разработках и качественное

раскрытие тематики использования

методик акустического диагности-

рования для решения проблемных

вопросов, связанных с контролем

технического состояния оборудо-

вания силовых трансформаторных

подстанций. В ходе исследования

использовалась информация, полу-

ченная экспериментальным путем

при проведении конкретных науч-

ных экспериментов в рамках изуче-

ния заявленной тематики данного

исследования.

  

Основу методологии данной

научно-исследовательской рабо-

ты составляет сочетание методов

системного анализа существующих

на сегодняшний день подходов к

осуществлению контроля текуще-

го технического состояния сило-

вых трансформаторов с использо-

ванием методов акустического

диагностирования с аналитическим

исследованием принципиальных

возможностей осуществления дан-

ных операций в системе железных

дорог Республики Казахстан. Со-

единение в методологии научно-

го исследования теоретических и

практических методик изучения

вопросов контроля технического

состояния оборудования силовых

трансформаторных подстанций ме-

тодов акустического зондирования

способствует наиболее объектив-

ному и качественному раскрытию

тематики научного исследования, а

также формированию полноценных

выводов, отражающих основные ре-

зультаты, полученные в ходе данно-

го научного исследования.

Теоретической базой данной ра-

боты выступают доступные публи-

ДИАГНОСТИКА И ИСПЫТАНИЯ

№ 2 (2022)

кации отечественных и зарубежных

исследователей, посвященные раз-

нообразным теоретическим аспек-

там создания принципов и методик

контроля технического состояния

силовых трансформаторов методом

акустического диагностирования. В

целях создания максимально объ-

ективной и качественной картины

научного исследования, а также в

целях облегчения восприятия пода-

ваемой информации все материалы,

взятые из зарубежных исследова-

ний и представленные в данной на-

учной работе, были переведены на

русский язык.

В данном научном исследова-

нии была установлена следующая

очередность этапов выполняемых

работ.

На первом этапе было пред-

принят разбор доступных научных

публикаций, посвященных иссле-

дованиям проблем понятия акусти-

ческого диагностирования, а также

контроля технического состояния

силовых трансформаторов с исполь-

зованием данных методик. Были

сформулированы основные аспек-

ты, обуславливающие необходи-

мость проведения научных исследо-

ваний, и определены приоритетные

направления их проведения с целью

разрешения вопросов, вынесенных

в его тематику. Теоретическое иссле-

дование предваряет системный ана-

лиз существующих на сегодняшний

день подходов к осуществлению

контроля текущего технического

состояния силовых трансформато-

ров с использованием технологии

акустического диагностирования,

который также был последователь-

но выполнен на данном этапе науч-

но-исследовательской работы.

На следующем этапе научной

работы было произведен аналити-

ческий разбор особенностей осу-

ществления контроля технического

состояния силовых подстанций ме-

тодом акустического диагностиро-

вания в системе железных дорог

Республики Казахстан. Кроме того,

на данном этапе научно-исследова-

тельской работы было проведено

аналитическое сравнение получен-

ных предварительных результатов

с итоговыми результатами исследо-

ваний других ученых, также зани-

мавшихся изучением возможностей

проведения контроля технического

состояния оборудования трансфор-

маторных подстанций посредством

практического применения метода

акустического диагностирования.

Таким образом, обеспечивается мак-

симально объективное восприятие

полученных результатов в контек-

сте их последующего практического

применения для решения конкрет-

ных задач, возникающих в процессе

эксплуатации трансформаторных

подстанций в сфере железнодорож-

ного хозяйства отдельно взятого го-

сударства.

На заключительном этапе науч-

ного исследования на основании

полученных в ходе него результа-

тов были сформулированы окон-

чательные выводы, выступающие

итогами научного исследования и

логическим отражением получен-

ных результатов. В целом результа-

ты данной научно-исследователь-

ской работы и сформулированные

на их основе выводы представляют

собой качественную основу для

проведения последующих научных

изысканий в направлении изучения

возможностей осуществления кон-

троля технического состояния сило-

вых трансформаторов, применяю-

щихся в железнодорожной отрасли,

методом акустического диагности-

рования.

  

В ходе выполнения задач, постав-

ленных в тематике данной работы,

были проведены опытно-экспери-

ментальные исследования, пред-

полагающие размещение датчиков

акустического типа на нескольких

трансформаторах, взятых для про-

ведения научно-исследовательских

работ. В данном случае использова-

лись датчики акустических разрядов

«AC-Sensor», предназначенные для

контактной регистрации импульсов

частичных разрядов на поверхности

изоляции и силового оборудования

трансформаторных подстанций под-

вижного состава.

Методика проведения исследо-

ваний предполагает соблюдение

следующей последовательности

выполнения научно-исследователь-

ских работ:

1. К прибору, фиксирующему уро-

вень частичных разрядов на по-

верхности изоляционного слоя

силового трансформатора, при-

соединяется акустический дат-

чик «AC-Sensor». Он позволяет

фиксировать возникновение в

системе частичных разрядов, а

также характерных акустических

импульсов. Если удается обнару-

жить область частичных разрядов,

несколько акустических датчиков

указанного типа располагаются

последовательно на строго опре-

деленном расстоянии друг от

друга. Полученные акустические

сигналы регистрируются, и на

основании полученных данных

выстраивается четкая последова-

тельность.

2. Экспериментально определяет-

ся максимально допустимое по-

роговое значение акустического

сигнала, которое может быть при-

менено для последующих иссле-

дований.

3. Выстраиваются пороговые значе-

ния настроек непосредственно

в областях обнаружения частич-

ных разрядов, а также параметры

помех, возникающих в случае

превышения уровня сигнала за-

данного порогового значения.

Все указанные величины опреде-

ляются типом трансформаторов и

рассчитываются непосредствен-

но в ходе проведения экспери-

мента, исходя из конкретных ис-

ходных данных.

Все измерения были выполнены

в течение предварительно обозна-

ченного промежутка времени.

В ходе данного научного иссле-

дования было проведено распре-

деление обнаруженных поврежде-

ний изоляционного слоя силовых

трансформаторов непосредственно

по типам напряжений, характерных

для трансформаторов определен-

ного класса. Данные, полученные

в ходе указанного распределения,

представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Данные распределения обнаруженных в ходе эксперимента повреждений

изоляционного слоя силовых трансформаторов по классам напряжений

Класс

напряжений

110 кВ 150 кВ 220 кВ 330 кВ 500 кВ 750 кВ 1100 кВ

Повреждения 42 28 34 15 6 1 5

ДИАГНОСТИКА И ИСПЫТАНИЯ

№ 2 (2022)

По результатам, полученным в

ходе проведения исследований с

использованием акустических дат-

чиков «AC-Sensor», построена гра-

фическая зависимость импульсов

частичных разрядов от акустиче-

ских импульсов, возникающих при

размещении датчиков на поверх-

ности изоляционного слоя. Данные

представлены для трех трансфор-

маторов с различными классами на-

пряжений: 220 кВ, 500 кВ и 1100 кВ.

Графическая зависимость указанно-

го рода представлена на рис. 1.

Как видно из данных, представ-

ленных на рис. 1, равномерное на-

растание зависимости рассматри-

ваемых показателей имеет место в

случае практического применения

силовых трансформаторов с клас-

сом напряжений не ниже 1100 кВ.

При использовании силовых транс-

форматоров с параметрами клас-

сов напряжений других типов прак-

тически отсутствует планомерное

развитие зависимости импульсов

частичных разрядов от акустиче-

ских импульсов, возникающих при

размещении датчиков на поверхно-

сти изоляционного слоя, что может

в ряде случаев свидетельствовать о

высокой вероятности возникнове-

ния пробоев изоляционного слоя

силового трансформатора и созда-

ния аварийной ситуации [6]. Кроме

того, налицо значительные перепа-

ды зависимости исследуемых пара-

метров в ряде случаев, что может

свидетельствовать о нарушениях

эксплуатационного использова-

ния силовых трансформаторов и

проблемах с качеством материала

изоляционного слоя, что крайне не-

гативно сказывается на общем состо-

янии силовых трансформаторных

подстанций в контексте перспектив

их практического использования в

будущем в системе железнодорож-

ного транспорта Казахстана.

Методы обнаружения частичных

разрядов и их измерения являются

основополагающими с точки зре-

ния изучения перспектив контроля

технического состояния оборудо-

вания силовых трансформаторных

подстанций. На представленном

ниже рис. 2. отображены основные

методы контроля частичных разря-

дов и их обнаружения в контексте

перспектив их использования для

проведения контроля технического

состояния силовых железнодорож-

ных подстанций. Акустические ме-

тоды контроля, представленные на

данной схеме, являются основными

в контексте данного научного иссле-

дования и представляют собой наи-

большую перспективу с точки зре-

ния возможностей осуществления

качественного контроля техниче-

ского состояния силовых трансфор-

маторов без прерывания их работы

и отключения для выполнения необ-

ходимых исследований.

Акустические методы обнару-

жения частичных разрядов предпо-

лагают поиск и последовательное

обнаружение, а также измерение

величин колебаний, вызванных ча-

стичными разрядами. Высокая ча-

стота подобных звуковых колебаний

может быть определена исключи-

тельно с использованием специаль-

ной регистрирующей аппаратуры.

Кроме того, определяются время

и место возникновения подобного

разряда, а также его мощность. В по-

следующем применение специаль-

ной аппаратуры для регистрации

перепадов амплитуды звуковых ко-

лебаний может иметь существенное

значение для получения результа-

тов высокой точности, отражающих

реальные возможности применения

акустических методов обнаружения

частичных разрядов.

При практическом использова-

нии каждого метода предполагает-

ся применение датчиков разного

рода, которые используют в своей

основе принципы преображения

акустических и электромагнитных

колебаний в некотором диапазоне

частот: сверхвысокочастотные, вы-

сокочастотные, среднечастотные и

низкочастотные. Диапазон указан-

ных датчиков может существенно

различаться в зависимости от типа

трансформаторного оборудования

и особенностей его изоляционно-

го слоя. Также при выборе мето-

да и типа измерения необходимо

принимать во внимание решаемые

задачи и параметры электроэнер-

гетической трансформаторной уста-

новки объекта железнодорожного

транспорта. Для определения па-

раметров частотных разрядов на

небольших расстояниях высокую

эффективность демонстрируют

датчики сверхвысоких частот, они

весьма компактны и могут быть

легко размещены во внутреннем

пространстве энергетических уста-

новок, таких, как статор электриче-

ского двигателя.

Рис. 1. Зависимость импульсов частичных разрядов от акустических

импульсов, возникающих при размещении датчиков

на поверхности изоляционного слоя

Рис. 2. Методы контроля частичных разрядов и их обнаружения

ДИАГНОСТИКА И ИСПЫТАНИЯ

№ 2 (2022)

Особое внимание при регистра-

ции частичных разрядов в изоляци-

онном покрытии силовых трансфор-

маторов следует уделить разрядам

данного рода, возникающих в мас-

ляных прослойках, которые вступа-

ют в непосредственный контакт с

изоляцией твердого типа. В подоб-

ных случаях, как правило, повреж-

дения твердого изоляционного слоя

избежать не удается, что предпола-

гает необходимость проведения в

последующем ремонтных работ для

восстановления нарушенного изо-

ляционного покрытия. Это обусла-

вливает существенную опасность,

которую представляют частичные

разряды для электроэнергетическо-

го оборудования в контексте его бы-

строго разрушения в определенных

участках и возникновения пробоев

изоляционного слоя.

Во избежание возникновения

подобной ситуации необходимо

осуществление комплекса меропри-

ятий, в общем виде имеющих следу-

ющую направленность:

• выполнение мониторинга частич-

ных разрядов с целью формиро-

вания качественной оценки тех-

нического состояния масляных

прослоек оборудования силовых

трансформаторных подстанций, а

также оценки возможностей нару-

шения твердого слоя изоляции за

счет воздействия частичных раз-

рядов на масляные прослойки;

• внедрение в промышленных

объемах оборудования для диа-

гностики и анализа величины ча-

стичных разрядов и образования

дефектных участков в изоляцион-

ном покрытии силовых трансфор-

маторов;

• проведение научных эксперимен-

тов в области диагностирования

текущего технического состояния

оборудования силовых трансфор-

маторных подстанций и обеспече-

ния их последующего бесперебой-

ного функционирования с учетом

возможностей разрушения изоля-

ционного слоя.

Перспективы развития системы

железных дорог Республики Казах-

стан во многом выстраиваются на

качественной работе электроэнер-

гетического оборудования. В дан-

ном контексте вопросы контроля

технического состояния силовых

трансформаторов методом акусти-

ческого диагностирования играют

важнейшую роль, поскольку позво-

ляют поддерживать на должном

уровне функционирование всего

оборудования трансформаторных

подстанций в течение продолжи-

тельного времени без проведения

капитального ремонта и с обеспече-

нием качественной профилактики

текущего состояния оборудования

трансформаторных подстанций и

своевременным выявлением всех

возможных дефектов эксплуатаци-

онного использования.

В последние несколько деся-

тилетий в энергетических цехах

отдельных предприятий желез-

нодорожной отрасли и в целом в

энергетическом секторе экономики

Казахстана постепенно стали про-

являться тенденции к последова-

тельному переходу от практики

проведения ремонтов планового

характера, предназначенных для

предупреждения возникновения

неисправностей электрооборудова-

ния железнодорожного транспор-

та и профилактики возникновения

проблем энергетической системы

подвижного состава железных до-

рог, к выявлению и устранению ре-

альных погрешностей технического

состояния электрического обору-

дования, которое в основном прак-

тикуется в государствах с развитой

экономикой и отлаженным функ-

ционированием системы железно-

дорожного транспорта. Подобное

положение вещей предполагает

разработку и внедрение комплекса

методов по своевременному диа-

гностированию состояния электри-

ческого оборудования [7].

Бесперебойную работу силовых

трансформаторов следует считать

фактором, который во многом опре-

деляет безопасность функциониро-

вания промышленных предприя-

тий, а также надежность и качество

снабжения электрической энергией

организаций, принадлежащих к раз-

личным экономическим секторам.

Качественное функционирование си-

ловых трансформаторов обеспечи-

вает согласование работы трансфор-

маторных подстанций с системой, а

также преобразование целого пе-

речня параметров электроэнергии в

необходимые для ее последующего

практического применения. Суще-

ственный уровень износа трансфор-

маторного оборудования создает

потенциальную опасность как для

конечных потребителей, так и для

персонала, в чьи непосредственные

обязанности входит обслуживание

оборудования трансформаторных

подстанций и контроль их техниче-

ского состояния [8].

Энергетическая безопасность

предприятий железнодорожной

отрасли, по роду деятельности ис-

пользующих силовые трансформа-

торы, которые во многом опреде-

ляют качество энергообеспечения

и надежность функционирования

всей энергосистемы железнодо-

рожного транспорта, требует уста-

новления четкой системы контроля

технического состояния силовых

трансформаторов посредством ис-

пользования разнообразных ме-

тодов контроля, одним из которых

является метод акустического диа-

гностирования [9]. Использование

трансформаторов рискованно само

по себе, и высокая степень риска по-

добного использования представля-

ет собой существенную опасность

как для конечных потребителей

электрической энергии, так и для

обслуживающего персонала транс-

форматорных подстанций.

Внедрение диагностического

оборудования в практику контроля

за состоянием трансформаторных

подстанций предполагает разра-

ботку серии подготовительных ме-

роприятий, направленных на по-

лучение информации по текущим

основным вопросам:

• выявление общего количества си-

ловых трансформаторов с истек-

шим сроком эксплуатации, кото-

рые способны давать повышенное

число отказов при их дальнейшем

использовании;

• текущее качество контроля функ-

ционирования силовых транс-

форматорных подстанций, выяв-

ленные нарушения принципов их

эксплуатации согласно положени-

ям государственных отраслевых

стандартов;

• возможность постепенного пе-

рехода от практики проведения

плановых ремонтов к ремонтам,

обусловленным реальными про-

блемами технического состояния

трансформаторной техники [10].

При этом следует принимать во

внимание, что практика эксплуата-

ции трансформаторного оборудова-

ния после окончания гарантийного

ДИАГНОСТИКА И ИСПЫТАНИЯ

№ 2 (2022)

срока его использования является

общепринятой во всем мире не-

смотря на то, что без принятия со-

ответствующих мер по предотвра-

щению и профилактике аварийных

ситуаций она сопряжена с немалы-

ми опасностями для оборудования

трансформаторных подстанций.

Также важным аспектом выступает

практическая невозможность за-

мены большого объема трансфор-

маторного оборудования в сжатые

сроки, кроме того, она невыгодна с

экономической точки зрения.

В современных экономических

реалиях разработка и практическое

применение методик контроля тех-

нического состояния оборудования

силовых трансформаторных под-

станций является одной из основ-

ных задач служб технического кон-

троля предприятий, использующих

в своей деятельности оборудование

данного рода. Внеплановые оста-

новки силовых трансформаторных

подстанций, произошедшие по при-

чине аварийного выхода из строя

трансформаторного оборудования,

приводят к значительным матери-

альным потерям, а в ряде случаев

могут обернуться непредсказуемы-

ми последствиями [11]. В данном

контексте задачи своевременного

контроля состояния силовых транс-

форматоров, использующихся в

железнодорожной отрасли, приоб-

ретают особую важность, поскольку

неразрывно связаны с качеством

функционирования подвижного со-

става железной дороги в ряде слу-

чаев, а также способствуют повыше-

нию общего уровня безопасности

железнодорожного хозяйства.

На протяжении последних двух

десятилетий для диагностики тех-

нического состояния силовых

трансформаторов использовалась

методика регистрации частичных

разрядов в высоковольтном обо-

рудовании энергетических систем.

Подобная методика показала высо-

кую эффективность при ее исполь-

зовании в различных отраслях, в том

числе и в системе железнодорожно-

го транспорта. Кроме того, хорошие

результаты были достигнуты при

использовании метода локации зон

электромагнитной активности, ко-

торый применялся исключительно

на поверхности трансформатора и

предполагал установку на данной

поверхности датчиков измерения,

а также прочих измерительных

устройств. Подобные меры давали

возможность сформировать полно-

ценное заключение относительно

технического состояния узла сило-

вого трансформатора, в котором

были обнаружены дефекты, а так-

же проблемы изоляционного слоя,

нарушения функционирования ба-

рьеров, дуги магнитопровода, появ-

ление искрений и т.п. [12]. Информа-

ции данного рода наряду с данными

о типах разрядного явления и его

места может отождествляться с кон-

структивными особенностями как

самого трансформатора, так и его

активной части. Таким образом, по-

казатели надежности функциониро-

вания могут быть спрогнозированы

с высокой степенью достоверно-

сти, поскольку заключение относи-

тельно возможности дальнейшего

функционирования формируется на

основании не просто общих оценок

характеристик частичных разрядов,

а принимая во внимание точное

место их расположения. В данном

контексте следует отметить, что по-

явление частичных разрядов в ме-

стах крепления магнитопроводов

трансформаторов не представляет

существенной значимости, посколь-

ку малые величины частичных раз-

рядов в витковой изоляции не смо-

гут принести существенного вреда

конструкции.

Постоянный контроль текущего

технического состояния оборудо-

вания силовых трансформаторных

подстанций системы железнодо-

рожного транспорта является одной

из основных задач современной си-

стемы обеспечения энергетической

безопасности указанной транспорт-

ной системы. В данном контексте

контроль технического состояния

силовых трансформаторов мето-

дом акустического зондирования

представляется одним из наиболее

оптимальных методов обеспечения

бесперебойной работы транспорт-

ной энергосистемы с учетом особен-

ностей функционирования железно-

дорожного транспорта в условиях

современных экономических реа-

лий. В целом именно качественное

и надежное функционирование

силовых трансформаторов являет-

ся необходимым условием для по-

следовательного преобразования

серии энергетических параметров

в величины, необходимые для даль-

нейшего использования электриче-

ской энергии. При этом необходимо

в обязательном порядке учитывать

степень риска использования обо-

рудования трансформаторных

подстанций, поскольку нарушения

условий эксплуатации силового

трансформаторного оборудования

может стать причиной возникнове-

ния существенных проблем как для

обслуживающего персонала, так и

для конечных потребителей элек-

трической энергии [13].

Современное оборудование

силовых трансформаторных под-

станций, которые применяются в

различных узлах и объектах систе-

мы железнодорожного транспорта,

требует регулярного проведения

качественного контроля техниче-

ского состояния силовых трансфор-

маторных подстанций с использова-

нием самых современных методов

диагностики. Параллельное исполь-

зование различных методов диа-

гностики технического состояния

силового трансформаторного обо-

рудования позволяет получить оп-

тимальные результаты при срав-

нении эффекта от использования

нескольких методов диагностики,

а также подобрать оптимальный

метод контроля, исходя из реалий

сложившейся ситуации. Кроме того,

диагностика состояния трансформа-

торного оборудования необходима

для своевременного обнаружения

дефектов, которые могут иметь па-

губные последствия с точки зрения

соображений безопасности функци-

онирования оборудования силовых

трансформаторных подстанций. В

данном контексте при проведении

диагностики и после ее завершения

следует обращать особое внимание

на организацию качественного ре-

монта и устранения обнаруженных

дефектов, что в последующем обе-

спечит полноценное функциониро-

вание силовых трансформаторных

подстанций на протяжении длитель-

ного времени [14].

Вместе с тем система мониторин-

га технического состояния силовых

трансформаторных подстанций

повышает эффективность функци-

онирования силовых трансформа-

торов объектов железнодорожного

транспорта, поскольку частота про-

верок в сочетании с их качеством и

направленностью позволяет выпол-

нить профилактику возникновения

ДИАГНОСТИКА И ИСПЫТАНИЯ

№ 2 (2022)

повреждений и прочих дефектов

конструкции, что исключает в после-

дующем возникновение и развитие

проблемных ситуаций, связанных с

нарушениями правил эксплуатации

трансформаторного оборудования.

В данном контексте следует отме-

тить, что силовые трансформаторы

относятся к группе электрического

оборудования с самой высокой ча-

стотой проявления повреждений

[15]. Проведенные в разное время

исследования наглядно продемон-

стрировали, что высоковольтные

вводы трансформаторов характери-

зуются наибольшей повреждаемо-

стью, поскольку на них приходится

около 22% всех повреждений, при-

чём обмотки занимают примерно

16%, оборудование РПН – 13,5%. От-

мечено, что подобные повреждения

с одинаковой частотой возникают

у трансформаторов с различными

сроками эксплуатации в то время,

как применительно к трансформа-

торам со сроком эксплуатации от

10 до 30 лет справедливо утверж-

дение о том, что именно у них от-

мечена наибольшая частота вывода

из строя оборудования РПН. Также

отмечено, что после 10 лет эксплу-

атации силовых трансформаторных

подстанций повышается частота

повреждений высоковольтных вво-

дов. При этом следует принимать

во внимание тот факт, что наиболее

существенной проблемой силовых

трансформаторов, приводящей к

нарушению их работы порой на

продолжительное время, является

короткое замыкание [16]. Согласно

полученной аналитической инфор-

мации, повреждение обмоток сило-

вых трансформаторов приводит к

коротким замыканиям в 80% среди

всех случаев нарушений и общего

количества повреждений трансфор-

маторных обмоток, повреждение

высоковольтных вводов – до 89%

всех случаев, нарушения функцио-

нирования РПН – до 25% всех слу-

чаев, в то время как повреждения

остальных узлов, а также ошибки

при монтаже, различных ситуаци-

ях, возникающих при эксплуатации

оборудования и его ремонте, в сово-

купности дают до 36% всех случаев

коротких замыканий [17].

Проведение качественной ди-

агностики текущего технического

состояния силовых трансформато-

ров, использующихся на различ-

ных железнодорожных объектах,

зачастую требует использования

специальных приборов, а также до-

полнительных методов локации зон

электромагнитной активности на

поверхности трансформатора. Со-

вокупность применяющихся мето-

дик обеспечения высокого качества

проверки технического состояния

силовых трансформаторов, предпо-

лагающих использование методик

акустического диагностирования и

смежных с ним, обеспечивает ши-

рокую вариативность данных кон-

троля, на основании которых может

быть составлена полноценная кар-

тина текущего состояния системы

энергообеспечения различных объ-

ектов железнодорожного транспор-

та и перспектив развития данной

отрасли в последующем [18].

Сохранению высокого качества

работ по диагностированию состо-

яния электротехнического обору-

дования и обеспечения высокого

уровня выполнения работ по профи-

лактике поломок силовых трансфор-

маторов в процессе эксплуатации

способствует проведение специаль-

ных экспериментальных исследова-

ний, направленных на установление

взаимосвязи между техническим

состоянием трансформаторных

подстанций и качеством функцио-

нирования энергетической систе-

мы железнодорожного транспорта

в целом [19]. Посредством прове-

дения исследований данного рода

появляется возможность оценивать

качество работы трансформаторных

подстанций и формировать ком-

плекс мероприятий, направленных

на улучшение функционирования

трансформаторных подстанций с

учетом необходимости проведения

ремонтно-восстановительных ра-

бот при поломках основного обо-

рудования силовых линий. Ремонт-

но-восстановительные работы в

таком случае должны проводиться

с учетом особенностей конкретных

типов трансформаторов и степени

поломок, причем качество ремонта

оборудования силовых трансформа-

торных подстанций тесно связано с

эффективностью определения при-

чин возникновения поломок элек-

трооборудования, а также временем

определения [20].

Таким образом, вопросы контро-

ля технического состояния силовых

трансформаторов методом акусти-

ческого диагностирования требуют

детального изучения и исследования

для формирования качественного

понимания вопросов обеспечения

энергетической безопасности и це-

лостности важнейших узлов и объек-

тов железнодорожного транспорта,

в состав которых входит оборудова-

ние силовых трансформаторных под-

станций. При этом уровень безопас-

ности указанных объектов должен

быть соотносим с уровнем проведе-

ния мероприятий, направленных на

поддержание безопасности энерге-

тической системы в целом.



Исследование ключевых аспек-

тов выполнения контроля техни-

ческого состояния силовых транс-

форматоров методом акустического

диагностирования привело к следу-

ющим выводам. Резонансные аку-

стические датчики частичных разря-

дов «AC-Sensor» показали высокую

эффективность в вопросах обна-

ружения частичных разрядов на

поверхности изоляционного слоя

оборудования силовых трансфор-

маторных подстанций. Этот факт об-

уславливает широкие перспективы

использования датчиков данного

типа в последующем при проведе-

нии экспериментальных исследо-

ваний и работ по определению ос-

новных особенностей технического

состояния силовых трансформа-

торов с использованием методов

акустического диагностирования.

Данное оборудование продемон-

стрировало высокие эксплуатацион-

ные характеристики непосредствен-

но при использовании этого метода.

В целом акустический метод кон-

троля показал хорошие результаты,

поскольку его основные достоин-

ства (оперативность контроля и

возможность снятия показаний при

условии сохранения непрерывной

подачи силового напряжения) в

целом позволяют сократить время

проведения эксперимента с полу-

чением высокоточных результатов,

объективно отражающих после-

довательность выполнения работ.

Кроме того, метод акустического

диагностирования и использова-

ние датчиков частичных разрядов

«AC-Sensor» показал высокую эф-

фективность при определении при-

чин возникновения нарушений на

поверхности изоляционного слоя

ДИАГНОСТИКА И ИСПЫТАНИЯ

№ 2 (2022)

силовых трансформаторов, а также

возможность максимально точной

локализации участков возникнове-

ния подобных повреждений.

Проведение в последующем ди-

агностических обследований сило-

вых трансформаторов, применяю-

щихся в системе железнодорожного

транспорта Республики Казахстан с

использованием методик акустиче-

ского диагностирования, предпола-

гающих применение акустических

датчиков указанного типа, позволяет

существенно расширить представ-

ления относительно возможностей

использования указанной методики

для разрешения вопросов оценки

технического состояния современ-

ных трансформаторных подстанций,

которые используются в качестве

составных элементов подвижного со-

става и тяги поездов в системе желез-

нодорожного транспорта Республи-

ки Казахстан. Результаты, полученные

в ходе данного научного исследова-

ния, в последующем смогут послу-

жить качественной теоретической

базой для дальнейших исследова-

ний проблем и вопросов контроля

технического состояния силовых

трансформаторов, выполненных с

использованием различных совре-

менных методик и способных выве-

сти на качественно новый уровень

исследования в сфере обеспечения

безопасности эксплуатационного

использования электроэнергетиче-

ского оборудования, применяюще-

гося в системе железнодорожного

транспорта на сегодняшний день.



1. Forsthoer M. Forsthoer’s

component condition monitoring.

– Oxford: Butterworth-Heinemann,

2018.

2. Papaelias M., Marquez F.P.G.,

Karyotakis A. Non-destructive testing

and condition monitoring techniques

for renewable energy industrial assets. –

Oxford: Butterworth-Heinemann, 2019.

3. Kaneko A., Zhu X-H., Lin J. Coastal

acoustic tomography. – Oxford:

Elsevier. 2020.

4. Meshkinzar A., Al-Jumaily A.M., Harris

P.D. Acoustic amplication utilizing

stepped-thickness piezoelectric

circular cylindrical shells // Journal of

Sound and Vibration. – 2018. – Vol.

437. – P. 110-118.

5. Meggitt J.W.R., Elliot A.S., Moorhouse

A.T., Banwell G., Hopper H., Lamb J.

Broadband characterisation of in-duct

acoustic sources using an equivalent

source approach // Journal of Sound

and Vibration. – 2019. – Vol. 442. – P.

800-816.

6. Janssen L.A.L., Arteaga I. L. Data

processing and augmentation

of acoustic array signals for fault

detection with machine learning //

Journal of Sound and Vibration. – 2020.

– Vol. 483. – Article number 115483.

7. Карандаев А.С., Евдокимов С.А., Ка-

рандаева О. И., Мостовой С.Е., Черто-

усов А.А., Контроль технического со-

стояния силовых трансформаторов

методом акустического диагности-

рования // Вестник Южно-Уральско-

го государственного университета.

Серия: Энергетика. – 2018. – № 26. –

C. 26-31.

8. Карандаев А.С., Евдокимов С.А.,

Девятов Д.Х., Парсункин Б.Н., Сар-

лыбаев А.А., Диагностирование си-

ловых трансформаторов методом

акустической локации частичных

разрядов // Вестник Магнитогорско-

го государственного технического

университета им. Г. И. Носова. – 2012.

– №1. – C. 105-108.

9. Malik H., Fatema N., Iqbal A.

Intelligent Data-Analytics for Condition

Monitoring. – London: Academic Press,

2021.

10. Blanloeuil P., Francis Rose

L.R., Veidt M., Wang C.H. Time reversal

invariance for a one-dimensional

model of contact acoustic nonlinearity

// Journal of Sound and Vibration. –

2017. – Vol. 394. – P. 515-526.

11. Arroyo C.P., Leonard T., Sanjose M.,

Moreau S., Duchaine F. Large Eddy

Simulation of a scale-model turbofan

for fan noise source diagnostic //

Journal of Sound and Vibration. –

2019. – Vol. 445. – P. 64-76.

12. Weilenmann M., Noiray N.

Experiments on sound reection and

production by choked nozzle ows

subject to acoustic and entropy waves

// Journal of Sound and Vibration.

– 2021. – Vol. 492. – Frticle number

115799.

13. D’Andrade B. The power grid. –

London: Academic Press, 2017.

14. Neighbors T., Bradley D. Applied

underwater acoustics. – Oxford:

Elsevier, 2017.

15. Correa J.K.J., Guzman A.L.

Mechanical vibrations and condition

monitoring. – London: Academic Press,

2020.

16. Varanasi S., Siegmund T., Bolton

J.S. Acoustical characteristics of

segmented plates with contact

interfaces // Journal of Sound and

Vibration. – 2020. – Vol. 485. – Article

number 115584.

17. Elasha F., Greaves M., Mba D.,

Fang D. A comparative study of the

eectiveness of vibration and acoustic

emission in diagnosing a defective

bearing in a planetry gearbox //

Applied Acoustics. – 2017. – Vol. 115. –

P. 181-195.

18. Kuryliak D., Lysenko V. Acoustic

plane wave diraction from a

truncated semi-innite cone in axial

irradiation // Journal of Sound and

Vibration. – 2017. – Vol. 409. – P. 81-93.

19. Wang Y., Sun M., Cao Y., Zhu JU.,

Application of optical interferometry

in focused acoustic eld measurement

// Journal of Sound and Vibration. –

2018. – Vol. 426. – P. 234-243.

20. Yang L., Techniques for corrosion

monitoring. – Sawston: Woodhead

Publishing, 2020.

 

Аспирант кафедры электро-

снабжения железнодорожного

транспорта Омского государствен-

ного университета путей сообще-

ния.

Erkabaev Aibek

Post-Graduate student of the

Railway Transport Power Supply

Department of the Omsk State

Transport University.

ДИАГНОСТИКА И ИСПЫТАНИЯ

№ 2 (2022)

Тестирование на помехоустойчи-

вость к электромагнитному воздей-

ствию выборки автотранспортных

средств (АТС) с установленными на

них электротехническими системами

(ЭТС) и бортовым электротехниче-

ским комплексом (БЭК) требует много

времени. Из-за этого проведение ис-

пытаний в таких объемах невозмож-

но. Поэтому при массовом и серийном

производстве требуется разработка

системы оценки соответствия, осно-

ванная на вероятностно-статистиче-

ском подходе, который базируется на

статистическом анализе данных по

результатам испытаний малых выбо-

рок, в которой, как правило, участву-

ют три или четыре автомобиля.

Факторы, от которых зависит по-

мехоустойчивость бортового элек-

тротехнического комплекса:

• амплитуда электромагнитного

воздействия;

• позиционирование тестируемо-

го автомобиля по отношению к по-

леобразующей системе;

• геометрические размеры щелей

и отверстий кузова;

• геометрические параметры

внутреннего пространства кузова;

• конструкция жгутов проводов и

их отклонение от заданной трассы;

• отклонения в пределах задан-

ного допуска от номинального зна-

чения расположений блоков элек-

тротехнических систем;

• разброс параметров относи-

тельно номинального значения ра-

диоэлементов электротехнических

систем.

Именно они определяют вид ха-

рактеристики помехоустойчивости

независимо друг от друга, а их сово-

купность влияет на конкретные пара-

метры уровней и частот нарушений

работоспособности. Это и объясняет

различия помехоустойчивостей даже

у АТС одной модели и одинаковой

комплектации. Поэтому независимо

от того, на какой частоте произошёл

сбой, важен уровень воздействия,

при котором он появился, потому что

нарушения работоспособности у раз-

ных АТС в этом случае имеют одну и ту

же особенность [4]. Этот вывод важен

для дальнейшего построения модели

оценки соответствия требованиям

помехоустойчивости. Он позволяет

не учитывать особенности спектраль-

ного распределения, а использовать

только наименьшие значения уров-

ней характеристик помехоустойчиво-

стей каждой ЭТС (БЭК) АТС.

 -

     

   

  

// DEVELOPMENT OF THE PROBABILISTICSTATISTICAL

MATHEMATICAL MODEL AND THE CRITERION FOR ASSESSING

THE COMPLIANCE OF THE ONBOARD ELECTRICAL EQUIPMENT OF THE BATCH OF THE

AUTOMOBILES IN TERMS OF THE INTERFERENCE IMMUNITY PARAMETERS //

 .., ...,

 «»,

. 

 .., ...,

,

 

 ,

. 

 .., ...,

 

 ,

. 

 ..,

 

 ,

. 

В статье представлены резуль-

таты разработки и реализации

вероятностно-статистической

математической модели и кри-

терия оценки соответствия бор-

тового электротехнического ком-

плекса партии автомобилей по

параметрам электромагнитной

совместимости.

Ключевые слова: автомобиль,

бортовой электротехнический

комплекс, электромагнитная со-

вместимость.

The article presents the results of

the development and implementation

of the probabilistic-statistical

mathematical model and the criteria

for assessing the compliance of the

on-board electrical equipment of the

batch of the automobiles in terms of

the electromagnetic compatibility

parameters.

Keywords: automobile, on-board

electrical equipment, electromagnetic

compatibility.

ДИАГНОСТИКА И ИСПЫТАНИЯ

№ 2 (2022)

В процессе изготовления ЭТС

(БЭК) и самого АТС в массовом про-

изводстве вследствие определенной

вариабельности технологических

процессов конкретные технические

параметры также обладают вариа-

бельностью в определенных границах

стабильности. Рассуждая аналогич-

но, случайный характер будут иметь

и тестовые параметры. В то же время

перечисленные факторы являются не-

зависимыми друг от друга. Исходя из

этого и основываясь на центральной

предельной теореме А.Н. Ляпунова,

минимальный уровень помехоустой-

чивости ЭТС (БЭК) будет подчиняться

нормальному закону распределения

случайной величины [5]. Тогда вероят-

ностная модель оценки соответствия

требованиям помехоустойчивости

ЭТС и БЭК для партии автотранспорт-

ных средств по результатам контроль-

ного тестирования ограниченной

выборки АТС содержит в себе два

первых момента Гауссовского закона

распределения: математическое ожи-

дание и дисперсию.

По результатам испытаний каж-

дого АТС определяется минималь-

ное значение помехоустойчивости.

Для двухмерного случая, где АТС с

установленной ЭТС (БЭК) ориенти-

рован передней частью к излучаю-

щей антенне, минимум находится из

условия

E(f) → E

min

, (1)

где E – напряженность электромаг-

нитного поля (В/м).

Если проводятся расширенные

испытания с меняющимся дискрет-

ным угловым позиционированием

по отношению к излучающей антен-

не, то по результатам теста каждого

АТС составляется матрица помехоу-

стойчивости, из которой берется ми-

нимальное значение:

min

+kαΔ

...

min

max

f + fmΔ

min

max

min

f + fmΔ

min

f + fmΔ

min

max

...

+kαΔ

f + fmΔ

max

min

max

+kαΔ

...

......

...

min

→

(2)

Учитывая то, что тестовая выбор-

ка очень ограничена, по результатам

проведенных испытаний первые два

момента уровня помехоустойчиво-

сти нельзя точно определить. Здесь

находятся соответствующие им эф-

фективные оценки. Эффективная

оценка математического ожидания

находится из выражения

min

i=1

(3)

где Е

i min

– минимальный уровень по-

мехоустойчивости i

го

каждой иссле-

дуемой электротехнической систе-

мы АТС; n – количество тестируемых

образцов.

Эффективная оценка дисперсии

определяется как

n–1

i=1

imin

–)

min

(4)

Далее задача сводится к тому,

чтобы с определенной долей веро-

ятности найти значения обоих мо-

ментов. В этом случае необходимо

найти их интервальные оценки. Так

как закон распределения уровня по-

мехоустойчивости известен и явля-

ется нормальным, то интервальная

оценка математического ожидания

находится по распределению Стью-

дента. Тогда надежность или веро-

ятность (Р) того, что математическое

ожидание попадет в некоторый ин-

тервал, будет равна

min

–t

(

√

min

+ t

√

=–

(

,(5)

где t

– коэффициент Стьюдента. Для

заданной α он находится по извест-

ным таблицам.

Формула (5) дает для решения за-

дачи достаточно большой диапазон

значений математического ожида-

ния. В этом случае более обосно-

ванно следует подходить с позиции

наихудшего варианта. Тогда матема-

тическое ожидание будет равно:

min

–t

√

(6)

При нахождении дисперсии

адекватно применить распределе-

ние χ

, потому что изначально мате-

матическое ожидание неизвестно.

Тогда надежность или вероят-

ность (Р) того, что дисперсия попадет

в некоторый интервал, будет равна

(1)n– S

(

√

min

(1)n– S

√

=–1 α

(

, (7)

где χ

– коэффициенты распределе-

ния. Для заданной α они находится

по известным таблицам.

Соответственно, интервальная

оценка среднеквадратического от-

клонения (

min

) при такой же веро-

ятности будет равна

(1)n– S

(

√

min

(1)n– S

√

=–

(

(8)

Отсюда доверительный интер-

вал, в который с заданной надеж-

ность 1 – α попадает

min

, равен

(1)n– S

√

min

(1)n– S

√

. (9)

При выборе среднеквадратиче-

ского отклонения более обоснован-

но следует подходить с позиции на-

ихудшего варианта. Тогда

min

будет

равно наибольшей интервальной

границе:

min

(1)n– S

√

, (10)

где χ

находится по известным та-

блицам для k = n – 1 и p = 1 – α/2.

Физический смысл формулы (10)

означает, что выбирается значение

наибольшего рассеяния случайной

величины (минимального уровня

помехоустойчивости).

Найдя нужные числовые харак-

теристики нормального закона рас-

пределения из условия худшего ва-

рианта, рассчитывается вероятность

соответствия БЭК требованиям ЭМС

партии АТС одной модели и одина-

ковой комплектации

ATC

(1)n– S

√

2π

√

∫

пр

∞

min

–t

√

(

Е–

[

(

[

2( 1)n– S

[

, (11)

где Е

пр

– предельно-допустимый

уровень помехоустойчивости для

электротехнических систем АТС (на-

пряженность электромагнитного

поля предельная).

Эта вероятность сравнивается с

предельной вероятностью Р

пр

, ха-

рактеризующей предельно-допусти-

мым показатель качества. Если Р

АТС

≥

пр

, то партия считается соответству-

ющей предельно-допустимым нор-

мам помехоустойчивости. Соответ-

ственно, дальнейшие мероприятия

по увеличению защищенности элек-

тротехнических систем к электромаг-

нитному воздействию не требуются.

При результате Р

АТС

< Р

пр

необходи-

мо проводить доработки с целью по-

вышения помехоустойчивости.

Полученная выше математиче-

ская модель и критерий позволя-

ДИАГНОСТИКА И ИСПЫТАНИЯ

№ 2 (2022)

ют разработать методику расчета

оценки соответствия требованиям

помехоустойчивости ЭТС (БЭК) для

партий АТС. Действующим в настоя-

щее время критерием прохождения

изделия в составе транспортного

средства является его работоспо-

собность при воздействии некото-

рого заданного уровня внешнего

электромагнитного излучения в ре-

гламентируемом диапазоне частот.

Для гражданского автотранспорта

такие контрольные параметры для

его сертификации составляют 30

В/м в диапазоне от 20 МГц до 2 ГГц.

Если тестировать ЭТС, воздействуя

на них только заданным уровнем,

то в этом случае могут возникнуть

трудности в оценке большой пар-

тии. Потому что если полученные на

испытания в ограниченном количе-

стве образцы соответствуют задан-

ным требованиям, то полученная

информация для расчетов будет

малоинформативная. Поэтому для

выявления уровней помехоустой-

чивости необходимо проводить

тестирование БЭК АТС на повышен-

ных режимах нагружения полем.

Исходя из этого, в тест-плане на

испытания задается коэффициент

k, который определяет, во сколько

раз тестовое внешнее электромаг-

нитное воздействие должно пре-

вышать предельно-допустимый

уровень поля. Он выбирается из ди-

апазона от k =2 до k =4.

У подготовленной выборки, со-

стоящей из 3 – 4 АТС одной модели

и одинаковых комплектаций экспе-

риментально исследуют характери-

стики помехоустойчивости и опре-

деляют наименьший уровень E

min

. В

зависимости от того, как проводятся

испытания (в одной позиции или с

меняющимся угловым позициони-

рованием по отношению к излучаю-

щей антенне), определяется E

min

По полученным данным с помо-

щью формул рассчитывается эф-

фективная оценка математического

ожидания E

min

и дисперсия S

Выбирается уровень надежности

оценок математического ожидания

и дисперсии помехоустойчивости

электротехнических систем АТС.

Как правило, он соответствует пре-

дельно-допустимому показателю

качества. Для автомобильной про-

дукции гражданского назначения

наименее допустимая Р

пр

= 0,8, а для

АТС специального назначения Р

пр

0,95…0,98.

Далее на основании заданной на-

дежности и с учетом количества ис-

пытуемых образцов по таблицам вы-

бираются коэффициенты Стьюдента

и χ

, которые для надежности 80%

равны: t

= 1,886, а χ

= 0,21. Затем по

формулам вычисляются наиболее

ожидаемые значения

min

Зная

min

, можно найти

вероятность соответствия требова-

ниям БЭК партии АТС одной модели

и одинаковой комплектации, кото-

рое сравнивается с предельной ве-

роятностью Р

пр

, характеризующей

предельно-допустимым показатель

качества. На основании результатов

данного сравнения принимается

решение о целесообразности про-

ведения доработок для повышения

помехоустойчивости электротехни-

ческих систем в составе АТС.

Пример расчета.

1. Количество отобранных для

испытаний автомобилей с серийны-

ми контроллерами системы управ-

ления двигателем: 3 образца.

2. Общие условия эксперимента

(позиционирование автомобиля):

• согласно общим требованиям

стандарта R10-03, т.е. его ориента-

ция передней частью к излучающей

антенне;

• диапазон воздействующих частот:

100 – 1000 МГц;

• шаг перестройки по частоте: лога-

рифмический 2%;

• тип воздействующего сигнала: гар-

монический немодулированный;

• уровень максимального воздей-

ствующего электромагнитного

излучения в заданном диапазоне

частот: 100 В/м

Характеристики помехоустойчи-

вости, полученные по результатам

экспериментов всех трех автомоби-

лей, приведены на рис. 1.

3. Предельно-допустимый уро-

вень помехоустойчивости Е

пр

: 30 В/м.

4. Заданная предельная вероят-

ность Р

пр

: 0,8.

Результаты эксперимента:

– автомобиль №1: Е

min

= 54 В/м

(частота 200 МГц);

– автомобиль №2: Е

min

= 60 В/м

(частота 150 МГц);

– автомобиль №3: Е

min

= 63 В/м

(частота 170 МГц).

Характер нарушения работо-

способности: прекращение работы

двигателя из-за сбоя контроллера

системы управления двигателем.

Результаты расчета:

min

imin

i=1

В/м

imin

min

–

(

S = 4,58

Табличное значение коэффици-

ента Стьюдента t

при надежности

оценки Р = 0,8 равно 1,866.

min

–t

√

52,88

В/м

Табличное значение коэффи-

циента χ

при надежности оценки

Р =0,8 равно 0,21.

Рис. 1. Характеристики помехоустойчивости автомобилей: 1 – №1; 2 – №2; 3 –

№3; 4 – предельно-допустимый уровень помехоустойчивости

ДИАГНОСТИКА И ИСПЫТАНИЯ

№ 2 (2022)

min

(1)n– S

√

14,14

(1)n– S

√

2π

√

∫

пр

∞

min

–t

√

(

Е–

[

(

[

2( 1)n– S

[

0,947

Р ≥ Р

пр

, т.к. 0,947 ≥ 0,8.

Вывод: автомобили модельно-

го ряда одинаковой комплектации

соответствуют требованиям по по-

мехоустойчивости к внешнему элек-

тромагнитному воздействию с уров-

нем 30 В/м в диапазоне частот 100

– 1000 МГц. Проведение мероприя-

тий по увеличению защищенности

контроллеров системы управления

двигателем к электромагнитному

воздействию не требуется.

Сделанный вывод относится к

конкретной комплектации АТС и

является практическим примером

оценки. Положительный результат

говорит о достаточности приме-

нимых мероприятий по помехоза-

щищенности электротехнических

систем. Если при проведении ис-

пытаний других комплектаций или

моделей результат будет отрица-

тельным, то необходимо повышать

помехозащищенность электротех-

нических систем АТС.

Таким образом, разработана веро-

ятностно-статистическая математи-

ческая модель оценки соответствия

требованиям помехоустойчивости

ЭТС (БЭК) для партий АТС одинаковых

моделей и одинаковых комплекта-

ций. Предложена методика расчета

оценки соответствия требованиям

помехоустойчивости БЭК для партий

автотранспортных средств, на осно-

вании результатов которой прини-

мается решение о целесообразности

проведения доработок для повыше-

ния помехоустойчивости БЭК АТС.

Выбран предельно-допустимый уро-

вень показателя качества, который

для автомобильной продукции граж-

данского назначения составляет 0,8,

а для специального назначения Рпр

= 0,95…0,98.



1. Козловский, В.Н. Моделирование

электрооборудование автомобилей

в процессах проектирования и про-

изводства / В.Н. Козловский // моно-

графия. Федеральное агентство по

образованию, Тольяттинский гос. ун-

т. Тольятти, 2009.

2. Козловский, В.Н. Комплекс элек-

тронных систем управления движе-

нием легкового автомобиля с ком-

бинированной силовой установкой.

Часть 2. / Козловский В.Н., Строга-

нов В.И., Дебелов В.В., Пьянов М.А.//

Электротехнические и информаци-

онные комплексы и системы. 2014. Т.

10. № 2. С. 19–28.

3. Подгорний А.С. Оценка соответ-

ствия автомобилей требованиям

помехоустойчивости к внешним

электромагнитным воздействиям /

П.А. Николаев, В.Н. Козловский, А.С.

Подгорний // Грузовик. – 2017. – №

10. – С. 44–48.

4. Вентцель Е.С. Теория вероятно-

стей и ее инженерные приложения

/ Е.С. Вентцель, Л.А. Овчаров // – М.:

Наука. – 1988. – 480 с.

5. Пат. № 2642024 Российская Феде-

рация. Способ оценки технических

средств на соответствие норматив-

ным требованиям на помехоустой-

чивость [Текст] / П.А. Николаев, Т.Г.

Герасимов, А.С. Подгорний; заяви-

тель и патентообладатель ПАО «АВ-

ТОВАЗ». Опубл. 23.01.18, Бюл. № 3.



 

Родился в 1976 году. В 1999 году

окончил Тольяттинский политехни-

ческий институт по специальности

«Электрооборудование автомоби-

лей и тракторов». В 2010 году за-

щитил докторскую диссертацию

по теме «Обеспечение качества и

надежности системы электрообо-

рудования автомобилей». Опыт ра-

боты – 20 лет. В настоящее время

работает заведующим кафедрой

«Теоретическая и общая электротех-

ника» Самарского государственного

технического университета (СамГ-

ТУ). Автор 400 научных работ, из них

более 300 в изданиях ВАК, 20 моно-

графий, 40 статей в международных

базах Scopus и Web of Science.

Kozlovskiy Vladimir Nikolaevich

Was born in 1976. In 1999 he

graduated from the Togliatti Polytechnic

Institute with a degree in Electrical

equipment for cars and tractors.

Doctor of technical sciences. In 2010

he defended his doctoral dissertation

on the topic «Ensuring the quality and

reliability of the electrical system of

cars». Work experience is 20 years. At

present he works as the head of the

Department theoretical and general

electrical engineering of Samara State

Technical University (SamSTU). He is

the author of 400 scientic works, of

which more than 300 are in the editions

of the Higher attestation commission,

20 monographs, 40 articles in the

international Scopus and Web of

Science databases.



 

Родился в 1992 году. В 2015 году

окончил ФГБОУ ВО «ПВГУС» по

специальности «Автосервис». Кан-

дидат технических наук. В 2019 году

защитил диссертацию по теме «Со-

вершенствование системы контро-

ля бортового электротехнического

комплекса автомобилей на помехо-

устойчивость к электромагнитным

воздействиям». Опыт работы – 5 лет.

В настоящее время работает науч-

ным сотрудником кафедры «Теоре-

тическая и общая электротехника»

Самарского государственного тех-

нического университета. Автор 17

работ, из них 10 в изданиях ВАК, 2

патента на изобретение.

Podgorny Aleksandr Sergeevich

Was born in 1992. In 2014 he

graduated from PVGUS Federal State

Budgetary Educational Institution of

Higher Education with a degree in

Autoservice. Candidate of Technical

Science. In 2019 he defended his thesis

on «Improving the control system of

the on-board electrical complex of cars

for noise immunity to electromagnetic

inuences». Work experience is 5 years.

At present he works as a researcher at

the Department of Theoretical and

General Electrical Engineering of the

Samara State Technical University.

He is the author of 17 works, 10 of

which are in the editions of the Higher

Attestation Commission, 2 patents for

invention.

  

Родилась в 1972 году. В 1994 году

окончила СамГТУ по специальности

ДИАГНОСТИКА И ИСПЫТАНИЯ

№ 2 (2022)

«Инженер-системотехник (робото-

технические системы и комплексы)».

Опыт работы – 21 год. В настоящее

время является аспирантом кафе-

дры «Теоретическая и общая элек-

тротехника» СамГТУ. Имеет 5 науч-

ных трудов.

Brachunova Ulyana Viktorovna

Was born in 1972. In 1994 she

graduated from SamSTU with a degree

in «Systems engineer (robotic systems

and complexes)». Work experience is

21 years. At present she is a graduate

student of the department «Theoretical

and general electrical engineering»

SamSTU. She has 5 scientic works.



 

Родился в 1977 году. В 2000 году

окончил Самарский государствен-

ный аэрокосмический университет

по специальности «Радиоинженер».

Доктор технических наук. В 2012

году защитил докторскую диссер-

тацию на тему «Обеспечение элек-

тромагнитной совместимости ав-

томобильных систем зажигания».

Опыт работы – 19 лет. В настоящее

время работает начальником бюро

электромагнитной совместимости

ПАО «АВТОВАЗ». Автор более 100

научных трудов, в том числе 23 па-

тентов.

Nikolaev Pavel Alexandrovich

Was born in 1977. In 2000 he

graduated from Samara State

Aerospace University majoring

in «Radio engineer». He is doctor

of technical sciences. In 2012 he

defended the dissertation, the theme

is «Provision of electromagnetic

compatibility of automobile ignition

systems». He has 19 years of work

experience. At present he works as

the head of the electromagnetic

compatibility bureau of PJSC AVTOVAZ.

He is author of 100 scientic works,

including 23 patents.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ

№ 2 (2022)

Бесконтактные двигатели посто-

янного тока (БДПТ) по сравнению с

обычными двигателями постоянно-

го тока обладают подобными харак-

теристиками, но не имеют скользя-

щих контактов. Поэтому они поэтому

работают более надежно, особенно

при вибрациях, ускорениях, после

ударов, в вакууме и т.п. [1] – [4]. Ха-

рактеристики БДПТ – удельная мощ-

ность, КПД и другие – зависят от рас-

пределения магнитной индукции по

окружности воздушного зазора и

способа управления током в секци-

ях якорной обмотки (ЯО) по положе-

нию ротора. Возможны два способа

управления током.

Первый, дискретный способ, обе-

спечивает при повороте ротора поо-

чередное подключение секций ЯО к

источнику питания и отключение их

от источника. При желаемой трапе-

цеидальной форме ЭДС и оптималь-

ных моментах подключений секций

к источнику форма тока в каждой

секции близка к трапецеидальной.

Трапецеидальная форма ЭДС воз-

можна при трапецеидальном рас-

пределении магнитной индукции

по окружности воздушного зазора.

БДПТ с дискретным способом управ-

ления током посвящены, например

[2], [5] – [13].

Второй, аналоговый способ

управления, обеспечивает при

повороте ротора токи в секциях

ЯО, изменяемые путем позици-

онной непрерывной или широт-

но-импульсной модуляции фазных

     -

    

// ELECTROMAGNETIC PROCESSES IN NONCONTACT ENGINES

DIRECT CURRENT WITH TWO INDUCTORS //

 .., ...,

 

 

. .. ,

. 

Электромагнитные процессы

исследованы для двух бесконтакт-

ных двигателей постоянного тока

(БДПТ), содержащих трехсекционную

якорную обмотку (ЯО), три силовых

транзистора и два цилиндрических

индуктора с радиальными полюса-

ми. У одного БДПТ ЯО – обычная, ба-

рабанная, а числа радиальных полю-

сов двух индукторов отличаются в

три раза. У другого БДПТ ЯО – торо-

идальная, а числа радиальных полю-

сов двух индукторов отличаются в

два раза. Электромагнитные про-

цессы исследованы для случая, когда

распределение результирующей для

ЯО магнитной индукции по окруж-

ности воздушного зазора наиболее

близко к желаемому трапецеидаль-

ному. Приведены соответствующие

выражения для магнитной индукции

как функции от углового положения

ротора. Для трех интервалов вре-

мени, когда ток в секциях ЯО нарас-

тает, не изменяется и спадает до

нуля, получены выражения для ЭДС

и тока в секциях ЯО. Также получены

выражения для электромагнитной

мощности и мощности, потребляе-

мой ЯО. В результате исследования

выражений для указанных мощно-

стей получены уравнения и выраже-

ния, позволяющие определять зна-

чения отношения ЭДС к напряжению

питания и угла опережения комму-

тации, соответствующие макси-

мальному электромагнитному КПД,

приведены примеры расчета таких

значений. Показано, как полученные

результаты следует использовать

при проектировании и разработке

БДПТ для известных значений мощ-

ности, скорости вращения вала дви-

гателя и его КПД.

Ключевые слова: обычная и торо-

идальная обмотки, цилиндрические

индукторы с различным числом по-

люсов, электромагнитная и потре-

бляемая мощности, оптимальные

коэффициент ЭДС и угол опережения

коммутации.

Electromagnetic processes have

been investigated for two non-contact

DC motors (BDPT), containing a three-

section anchor winding (JA), three power

transistors and two cylindrical inductors-a

magnet. In one BDPT, nuclear weapons

are ordinary, drum, and the numbers

of the radial poles of the two inductors

dier three-fold. In another BDPT, YAO is

a toroidal one, and the numbers of the

radial poles of the two inductors dier

by a factor of two. Electromagnetic

processes have been investigated with

allowance for the distribution of the

resultant magnetic induction along the

circumference of the air gap and the

inductance of the NW sections. The study

obtained the expression for the EMF, the

current in sections of nuclear weapons,

electromagnetic power, the power

consumption of nuclear weapons, as well

as – equations and expressions, allowing

to determine the optimum value of the

ratio of EMF to the supply voltage and the

advance angle switching. It is shown how

the results should be use in the design and

development of BDPT.

Keywords: conventional and

toroidal windings, cylindrical inductors

with dierent number of poles,

electromagnetic and consumed power,

optimal EMF coecient and lead

advance angle.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ

№ 2 (2022)

напряжений. Желательно, чтобы

токи изменялись синусоидально и

было также синусоидальным рас-

пределение магнитной индукции

по окружности воздушного зазо-

ра. БДПТ с аналоговым способом

управления током посвящены, на-

пример, [7], [14,] – [16].

Чаще всего применяют БДПТ с

дискретным управлением благода-

ря их более простому устройству.

Обычно применяют БДПТ с трех-

секционной ЯО, шестью силовыми

транзисторами при двухполярной

коммутации или с тремя силовыми

транзисторами при однополярной

коммутации секций ЯО по положе-

нию ротора [5], [6]. Индуктор выпол-

няют в виде магнита-звездочки или

составным из внутреннего магнито-

мягкого основания и наружных по-

люсов-магнитов.

В [13] рассмотрены два БДПТ c

трехсекционной ЯО, тремя сило-

выми транзисторами и двумя про-

стыми цилиндрических индуктора-

ми-магнитами с различным числом

радиальных полюсов. Здесь иссле-

дуются электромагнитные процес-

сы для БДПТ, рассмотренных в [13].

На рис. 1 изображены продольные

сечения электромеханической ча-

сти таких БДПТ с обычной и торои-

дальной ЯО.

Основной и дополнительный

индукторы – цилиндрические маг-

ниты с радиальными полюсами,

дополнительный индуктор имеет

утроенное (а) или удвоенное (б)

число полюсов, якорь содержит

магнитопровод и обычную бара-

банную (а) или тороидальную (б)

ЯО. Обычная ЯО – диаметральная

сосредоточенная, тороидальная ЯО

состоит из катушек, намотанных во-

круг магнитопровода якоря.

Вначале рассмотрим вопросы,

касающиеся магнитной индукции в

воздушном зазоре. На рис. 2i пока-

зано упрощенное распределение по

окружности воздушного зазора маг-

нитной индукции: от воздействия

каждого и обоих индукторов в БДПТ

по рис. 1, а. Координата окружности

зазора представлена углом α.

Считаем,что:

= B

∙sinα, b

= B

∙sin3α,

⁄ B

=0,75.

Распределение результирующей

для ЯО магнитной индукции b выра-

зим следующим образом:

=





+ 





+ 



+ 

 

1

где





– относительная результирую-

щая для ЯО магнитная индукция,

и l

– активные длины индукто-

ров 1 и 2, см. рис. 1, а.

В [13] установлено, что при l

3(l

)/4, l

= (l

+ l

)/4 распреде-

ление результирующей магнитной

индукции b наиболее близко к жела-

емому трапецеидальному (см. рис.

2), а пульсация магнитной индукции

минимальна, при этом:





= sinα + 0,25∙sin 3∙α

На угловом интервале α = 30°-

150° минимальное значение отно-

сительной индукции





min





(30°)

= 0,75, а ее максимальное значение





max

определим из условия:





= cos + 0,75 cos 3 =

cos  (1,25 – 3 cos

) = 0

Получим:

α = 90° и





= arccos



1,25 /3 = 49,8°

Пульсация магнитной индукции

=







– 











+ 





= 0,085

Среднее значение относитель-

ной индукции





на интервале α =

30° – 150°:











+ 



= = 0,82

Отсюда отклонение магнитной ин-

дукции от ее среднего значения:











= 





Решив уравнение:









ср

= 0,82,

получим соответствующие значения

угла α, равные 35,5

, 69

, 111

, 144,5

Будем считать упрощенно, но в

соответствии с рис. 2, что относитель-

ная магнитная индукция





изменяет-

ся линейно на интервале α = 0°-33°

от нуля до среднего значения





ср

а на интервале α = 33°-147° (180°-

33°) – по закону, близкому к сину-

соидальному, с амплитудой, равной

0,085∙





ср

, при постоянной состав-

Рис. 1. Продольное сечение электромеханической части БДПТ с обычной ЯО (а)

и с тороидальной ЯО ((б): 1 – основной индуктор; 2 – дополнительный

индуктор; 3 – якорь; 4 – катушка ЯО; 5 – вал; 6 – корпус

а б

Рис. 2. Упрощенное распределение по окружности воздушного зазора магнит-

ной индукции: b

– от воздействия основного индуктора, b

– от воздействия

дополнительного индуктора, b – от воздействия обоих индукторов

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ

№ 2 (2022)

ляющей, ×равной





ср

. В этом случае

можно установить, что









ср

при

значениях угла α, близких к получен-

ным выше, т.е. при 33

, 71

, 109

, 147

На рис. 3 показано распреде-

ление по окружности воздушного

зазора магнитной индукции: от воз-

действия каждого и обоих индукто-

ров в БДПТ по рис. 1, б.

Считаем,что b

= B

∙sinα, b

∙cos2α, B

⁄ B

= 0,75.

Распределение результирующей

для ЯО магнитной индукции b выра-

зим следующим образом:

=





+ 





+ 



+ 

 

1

где b - относительная результирую-

щая для ЯО магнитная индукция, l

– активные длины индукторов 1 и

2, см. рис. 1, б.

В [13]установлено,что при l

= 9

+ l

)/13, l

= 4 (l

+ l

)/13 распре-

деление результирующей магнит-

ной индукции b наиболее близко к

желаемому трапецеидальному (см.

рис. 3), а пульсация магнитной ин-

дукции минимальна,

= sin +

cos 2= sin +

(1 2 sin

)

= sin +

cos 2= sin +

(1 2 sin

)

На угловом интервале α = 30°-

150° минимальное значение отно-

сительной индукции





min





(30°)

= 0,6667, ее максимальное значение





max





(48,6°) = 0,7073, среднее

значение:





ср

= 0,69, а пульсация

равна 0,029 [13]. Т.е. пульсация ин-

дукции b является незначительной,

и поэтому ею пренебрегаем.

Решив уравнение:





min

= 0, полу-

чим соответствующие значения угла

α, равные -16,5° и 196,5° (см. рис. 3).

Решив уравнение:









ср

= 0,69,

получим значения угла α, равные 36

и 144

. Будем считать упрощенно, но

в соответствии с рис. 3, что резуль-

тирующая индукция b на угловом

интервале -16,5° ÷ 33° изменяется

линейно, а на интервале α = 330 ÷

1470 она не изменяется.

На рис. 4 изображены упрощен-

ные осциллограммы напряжения U

на секции ЯО, ЭДС вращения e и тока

i, в секции ЯО, не учитывающие пе-

ременные составляющие ЭДС и тока

на угловом интервале, где ЭДС и ток

показаны неизменными.

Здесь: T = 20/(p ∙ n) – период

коммутации, или время подключе-

ния секции к источнику питания; n

– число оборотов ротора в минуту;

p – число пар полюсов двигателя;

ϑ = θ

/120

– относительный угол

опережения коммутации; θ

– элек-

трический угол смещения датчика

положения ротора (ДПР) из ней-

трального положения против на-

правления вращения вала двигате-

ля с целью увеличения мощности и

КПД двигателя; ϑ ∙ T и T

– времена

нарастания и спадания тока; E и (U –

E) / r – максимальные значения ЭДС

и тока; r – активное сопротивление

секции ЯО.

Осциллограммы изображены для

благоприятного, оптимального слу-

чая: форма тока совпадает с формой

ЭДС, что соответствует максимально-

му значению электромагнитного КПД,

т.е. отношения электромагнитной

мощности к мощности, потребляемой

ЯО. В этом случае ЭДС и ток за время

ϑ ∙ T достигают установившихся значе-

ний и не изменяются до отключения

секции от источника питания.

Рассмотрим вопросы, касающи-

еся ЭДС в секциях ЯО, которая про-

порциональна результирующей маг-

нитной индукции b.

Левую боковую сторону такой

трапеции ЭДС для первого интерва-

ла времени t = 0 ÷ ϑ ∙ T (см. рис. 4)

выразим следующим образом:

=



1  +









,

(1)

Для БДПТ по рис. 1, а d =120

/ 33

= 3.64.

Такое значение d справедливо,

так как при нейтральном положении

ДПР (θ

= 0, ϑ = 0) и при t = 0 e = E,

а при ϑ = 33°/120° и t = 0 e = 0. Для

БДПТ по рис. 1, б d =1200 / (330 +

16,50) = 2,42. При θ

= 0, ϑ = 0 и t = 0

e = E, а при ϑ = (330 + 16,50) / 1200

и t = 0 e = 0.

На втором интервале времени

t = ϑ∙T÷ ϑ∙T + 0,95 T [0,95 = (147

– 33)/120

] в БДПТ по рис,1, а ЭДС

e как пропорциональная индукции

b изменяется по закону, близкому

к синусоидальному, с амплитудой,

равной 0,085 ∙ E, при постоянной

составляющей, ×равной E, т.е. ам-

плитуда переменной составляющей

ЭДС в 11,8 раз меньше постоянной

составляющей E. К тому же индук-

Рис. 3. Распределение по окружности воздушного зазора магнитной индукции: b

– от воздействия основного индуктора; b

– от воздействия дополнительного

индуктора; b – от воздействия обоих индукторов

Рис. 4. Упрощенные осциллограммы напряжения U на секции ЯО, ЭДС вращения e

и тока i, в секции ЯО

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ

№ 2 (2022)

тивное сопротивление секций ЯО

увеличивает их сопротивление и

поэтому демпфирует (уменьша-

ет) переменный ток в секциях ЯО.

Следовательно переменные со-

ставляющие ЭДС и тока влияют на

электромагнитные процессы незна-

чительно, и поэтому ими пренебре-

гаем. А в БДПТ по рис. 1,б пульсации

магнитной индукции составляет

всего 0,029 (см. выше), и поэтому пе-

ременными составляющими ЭДС и

тока также пренебрегаем.

Рассмотрим непосредственно

электромагнитные процессы в БДПТ.

Для указанного оптимального слу-

чая вначале найдем выражения для

токов i

, i

, т.е. для отношений

токов i

, i

на первом, втором и

третьем интервалах времени к току

в секции ЯО при пуске двигателя,

равному U/r.

Обозначим:

=





– коэффици-

ент ЭДС;

=





– электрическая

постоянная времени секции ЯО; L

– индуктивность секции. Взаимной

индуктивностью секций пренебре-

гаем, так как ЯО – диаметральная

сосредоточенная, при этом в пазах

якоря лежат проводники только

одной секции, и поэтому магнитная

связь между секциями незначитель-

на.

=





–

– отношение, учитывающее

влияние индуктивности ЯО на время

нарастания и спадания тока в секци-

ях ЯО (см. ниже).

Для первого интервала времени

t = 0 – ϑ∙T (см. рис. 4) справедливо

уравнение равновесия напряжений

в якорной цепи:



+ 









= 1.

Решив это уравнение с учетом

формулы (1), получим выражение

для относительного тока



=  

󰇡

1  





󰇢

   





(2)

где

 = 1 + + 





(3)

При t = ϑ∙T должно быть в соот-

ветствии с рис.4 и (2):



(



)

= 1 = 



1 e









(



)

= 1 = 



1 e







Отсюда с учётом формулы (3) по-

лучим выражение:

1 



+ + 

(

1 

)

/() = 0

(4)

Так как





1 + + 



то:





2 (1 )



(5)

Очевидно, что при τ = 0, т. е. при

β = ∞ : ϑ = 0, и что чем меньше β и

ε, тем больше относительный угол ϑ.

С целью упрощения выражения

(2) считаем; что ток



изменяется

линейно:



(

1 

)







(6)

Такое допущение оправдано тем,

что первый интервал значительно

меньше второго, ЭДС и ток на пер-

вом интервале возрастают, а на вто-

ром интервале они максимальные

как установившиеся.

На втором интервале времени

t = ϑ ∙ T – T (см. рис. 4) для относитель-

ного тока справедливо выражение:



= 1 

(7)

Для третьего интервала време-

ни t = T÷ T + T

(см.рис.4) с целью

упрощения выражений считаем, что

за время T

относительный ток спа-

дает от 1 – ε до нуля линейно. Время

спадания тока до нуля зависит от

вида электрических цепей, предо-

храняющих транзисторы от перена-

пряжения, и от времени нарастания

тока ϑ ∙ T. Оно тем больше, чем боль-

ше ϑ ∙ T : T

= γ ϑ∙T, где γ ≈0,3÷0,7.

Тогда:



(

1 

)





1 







(8)

Найдем выражения для отно-

сительных мощностей









󰇧

 





+  







󰇨

ЭМ









󰇧

 





+  







󰇨

, т.е. для отношений абсолютных

электромагнитной мощности Р

ЭМ

мощности, потребляемой ЯО, к мощ-

ности, потребляемой ЯО при пуске

двигателя:









󰇧

 





+  







󰇨

= P

r/U









󰇧

 





+  







󰇨









󰇧

 





+  







󰇨

ЭМ

= Р

ЭМ

r/U

Согласно рис. 4:









󰇧

 





+  







󰇨

(9)









󰇧













+  







+  



+





󰇨









󰇧













+  









+ 





+





󰇨

(10)

Из формул (9), (10) с учетом фор-

мул (1), (6), (7), (8) получим конечные

выражения:







(

1 

)





1 





(11)







(

1 



)





1 



















(

1 

)





1 













(12)

Полученные выражения для от-

носительных электромагнитной

и потребляемой мощностей по-

зволяют определять оптимальные

значения коэффициента ЭДС

ε и

относительного угла ϑ при извест-

ных значениях электромагнитного

КПД η

ЭМ

и отношения β. Значение

Ýİ

больше значения КПД двигате-

ля η

, так как η

ЭМ

учитывает только

омические потери в ЯО. Значение ββ

согласно [1] тем меньше, чем больше

значения мощности, скорости вра-

щения вала и габаритов БДПТ. Для

мощности двигателя примерно до

(40 – 60) Вт β ≥ 1. Оптимальные зна-

чения

ε и ϑ можно определить наи-

более точно путем решения системы

двух уравнений. Первое уравнение

– (4), а второе уравнение:

ЭМ

/



[1 +

(







)/ 󰇡1 



󰇢]

ЭМ

/



[

(







)

󰇡1 



󰇢]

(13)

Согласно (5):

ε = ε (ϑ) ≈1 / (1 + d β ϑ

/2) (14)

Преобразовав уравнение (13)

с учетом (14), получим кубическое

уравнение с одним неизвестным ϑ:

cϑ

– qϑ

+ g ϑ + v = 0, (15)

где : с = η

ЭМ

β, q = 2η

ЭМ

β + 0,667,

g = 2 (η

ЭМ

+ γ – 1) / d, v = 4 (1 –

ЭМ

) / d

Для БДПТ по рис. 1, а и по рис. 1,б

соответственно d =3,64 и d =2,42, а

γ ≈ 0,5, (см. выше).

Пренебрегая малым членом cϑ

получим квадратное уравнение:

Qϑ

– g ϑ – v = 0, решение которого:



+





+4

2 

(16)

Определив из уравнения (15) или

по формуле (16) значение ϑ, найдем

значение ε по формуле (14).

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ

№ 2 (2022)

Пренебрегая двумя малыми чле-

нами cϑ

и g ϑ в уравнении (15), по-

лучим простое выражение для ϑ в

явном виде:

 =



/ =



1,1

󰇡

1 

ЭМ

󰇢

/ (2

ЭМ

 + 0,667)

 =



/ =



1,1

󰇡

1 

ЭМ

󰇢

/ (2

ЭМ

 + 0,667)

Из этой формулы и формулы (14)

видно, что чем больше значение

электромагнитного КПД η

ЭМ

, тем

меньше значение

ϑϑ

ϑ, но больше

значение

ε и что при уменьшении

значения β β увеличиваются значе-

ния ϑ и

ε. Ниже приведены резуль-

таты расчетов значений и для БДПТ

по рис. 1, а, подтверждающие ука-

занные выводы. При β = 2 и η

ЭМ

0,75,

ε = 0,762, ϑ = 0, 293; при β = 2 и

ЭМ

= 0,85,

ε = 0,843, ϑ = 0,226; при β

= 1 и η

ЭМ

= 0,85,

ε = 0,853, ϑ = 0,308;

при β = 10 и η

ЭМ

= 0,85,

ε = 0,841, ϑ

= 0,102.

Результаты исследования элек-

тромагнитных процессов можно и

нужно использовать для оптималь-

ного проектирования и разработки

БДПТ. При проектировании извест-

ны номинальные значения напря-

жения питания, мощности, скорости

вращения вала двигателя и КПД η

Необходимо предварительно опре-

делить значения отношения ββ,

например, как указано в [5], [11], и

электромагнитного КПД η

Ýİ

по фор-

муле: = (1,07 ÷ 1,15).

Зная значения ββ и η

ЭМ

, нуж-

но определить оптимальные значе-

ния

ε и

ϑ, как указано выше, а по

ним – относительных мощностей









ЭМ

, остальных характеристик

и параметров двигателя.



Электромагнитные процессы ис-

следованы для бесконтактных дви-

гателей постоянного тока (БДПТ) с

обычной, барабанной и с тороидаль-

ной якорной обмотками (ЯО). Получе-

ны выражения для электромагнитной

мощности и мощности, потребляемой

ЯО. В результате исследования этих

выражений получены уравнения и

выражения, позволяющие опреде-

лять значения отношения ЭДС к на-

пряжению питания и угла опережения

коммутации, соответствующие макси-

мальному электромагнитному КПД.

Приведены примеры расчета таких

значений. Показано, как полученные

результаты следует использовать при

проектировании и разработке БДПТ

для известных значений мощности,

скорости вращения вала двигателя и

его КПД.



1. Хрущев В.В. Электрические маши-

ны систем автоматики: Учебник для

вузов. – Л.: Энергоатомиздат, 1985,

368 с.2.

2. Осин И.Л., Юферов Ф.М. Электри-

ческие машины автоматических

устройств: Учебное пособие для ву-

зов. – М.: Изд-во МЭИ, 2003 – 424 с.

3. Бут Д. А. Бесконтактные электри-

ческие машины. – М.: Высшая школа,

1985 , 250 с.

4. Зимин Е. Н., Кацевич В. Л., Козырев

С. К. Электроприводы постоянного

тока с вентильными преобразовате-

лям: – Энергоиздат, 1981, 192 с.

5. Балагуров В.А., Гридин В.М., Ло-

зенко В.К. Бесконтактные двигатели

постоянного тока с постоянными

магнитами. – М.: Энергия, 1975, 128 с.

6. Овчинников И.Е., Лебедев Н.И. Бес-

контактные двигатели постоянного

тока. – Л.: Наука, 1979, 270 с.

7. Косулин В.Д., Михайлов Г.Б., Омель-

ченко В.В., Путников В.В. Вентильные

электродвигатели малой мощности

для промышленных роботов. – Л:

Энергоатомиздат, 1988, 184 с.

8. Овчинников И. Е. Теория вентиль-

ных электрических двигателей. Л.:

Наука, 1985, 148 с.

9 Кенио Т., Нагамори С. Двигатели

постоянного тока с постоянными

магнитами, пер. c англ. М.: Энергоа-

томиздат, 1991, 229 c.

10. Штелтинг Г., Байссе А. Электриче-

ские микромашины: Пер. с нем. М.:

Энергоатомиздат, 1991, 229 с.

11. Гридин В.М. Моделирование и

оптимизация электромагнитных

процессов для маломощных бес-

контактных двигателей постоянного

тока. – Вестник МГТУ им Н.Э.Баумана,

Серия Машиностроение, № 3, 2007, –

с. 48 – 61.

12. Гридин В.М. Электромагнитные

характеристики моментных бескон-

тактных двигателей постоянного

тока. – Вестник МГТУ им Н.Э.Баумана,

Серия Машиностроение, № 2, 2011.

с. 75 – 86.

13. Гридин В.М. Бесконтактные двига-

тели постоянного тока с трехсекцион-

ной обмоткой и двумя индукторами.

– Электричество, 2021, №1, с. 55 – 60.

14. Балковой А. П., Цаценкин В, К.

Прецизионный электропривод с

вентильными двигателями. – М.: Из-

дательский дом МЭИ, 2010 – 328 с.

15. Столов Л.И., Афанасьев А.Ю. Мо-

ментные двигатели постоянного тока.

– М.: Энергоатомиздат, 1989. – 223 с.

16. Баранов М.В., Бродовский В.Н.,

Зимин А.В., Каржавов Б.Н. Электри-

ческие следящие приводы с момент-

ным управлением исполнительны-

ми двигателями. – М.: Из-во МГТУ им.

Н.Э. Баумана, 2006. – 240 с.

  

Родился в 1940 году. В 1963 окон-

чил электромеханический факуль-

тет Московского энергетического

института (МЭИ) по специальности

«Авиационное электрооборудова-

ние». Кандидат технических наук,

доцент. В 1979 году защитил дис-

сертацию по теме «Исследование и

расчет трехфазных бесконтактных

двигателей постоянного тока с од-

нополупериодной коммутацией».

Опыт работы – 58 лет. В настоящее

время работает доцентом кафедры

«Электротехника и промышленная

электроника» Московского государ-

ственного технического университе-

та (МГТУ) им. Н.Э.Баумана. Автор 80

печатных научных трудов, в том чис-

ле 1 монографии. Имеет 16 автор-

ских свидетельств на изобретение.

Gridin Vladimir Mikhailovich

Was born in 1940. n 1963 he

graduated from the Electromechanical

Faculty of the Moscow Power Engineering

Institute (MPEI) majoring in Aviation

Electrical Equipment. Candidate of

Technical Sciences, Associate Professor.

In 1979 he defended his dissertation on

the topic “Research and calculation of

three-phase non-contact DC motors

with half-wave commutation”. He

has 58-year work experience. At the

moment he works as the Assistant

Professor of the Electrical Engineering

and Industrial Electronics Department

of the Moscow State Technical

University (MSTU) named after N.E.

Bauman.Author of 80 printed scientic

works, including 1 monograph. Has 16

inventor's certicates.