№ 1 2016

Содержание

Периодический рецензируемый

научно-технический журнал

Тенденции развития электроники и

«Электроника и электрообору-

электрооборудования на транспортных средствах

дование транспорта» является

коллективным членом Академии

Владимиров С.А.

электротехнических наук РФ.

Об основных направлениях развития мировой транспортной

системы и логистики .

Учредитель и издатель - Научно-

производственное предприятие

«Томилинский электронный

Электроснабжение и электрооборудование

завод».

Петровский С.В., Козловский В.Н., Шевцов В.А.

Журнал включен в перечень

Математическое моделирование дуги в свече зажигания автомобиля.

изданий, рекомендованных

ВАК для апробации кандидат-

Штанг А.А., Ярославцев М.В.

Контактно-аккумуляторный маневровый электровоз с накопителем

ских и докторских диссертаций.

энергии на основе литий-ионных аккумуляторов .

Свидетельство

Бадер М.П., Гречишников В.А., Шевлюгин М.В., Данг Вьет Фук

о регистрации СМИ

Оценка гармонических составляющих тягового тока

ПИ №ФС 77-29963

в системе электроснабжения метрополитена при работе

от 17 октября 2007 г.

12-пульсовых выпрямительных агрегатов .

Герман Л.А., Сухов М.Ю., Кишкурно К.В., Муреев П.А.,

Главный редактор:

Куров Д.А., Фроловский А.В.

А.Г. Бабак, к.т.н.

Простой способ энергосбережения в тяговой сети

переменного тока.

Редакционный совет:

Попов Ю.И.

М.П. Бадёр, д.т.н., профессор,

Исследование износа изоляции ТЭМ локомотивов,

Л.А. Герман, д.т.н., профессор,

эксплуатируемых в сложных природно-климатических условиях.

В.Н. Дианов, д.т.н., профессор,

Ю.М. Иньков, д.т.н., профессор,

К.Л. Ковалёв, д.т.н., профессор,

Мехатронные системы, исполнительные устройства

А.С. Космодамианский, д.т.н.,

профессор,

Плакс А.В., Евстафьев А.М., Якушев А.Я., Теличенко С.А.

А.С. Мазнёв, д.т.н., профессор,

Совершенствование вспомогательного электропривода

Г.Г. Рябцев, д.т.н., профессор,

электрического подвижного состава.

В.И. Сарбаев, д.т.н., профессор,

Доманов В.И., Доманов А.В., Чугунов К.А.

В.Е. Ютт, д.т.н., профессор.

Комбинированное управление асинхронным двигателем

с фазным ротором.

Выпускающий редактор:

Н.А. Климчук.

Электронные компоненты, датчики

Редакция:

140070, Московская область,

Сурайкин А.И.

Люберецкий район, п. Томилино,

Мезаэпитаксиальные GaAs - варикапы для ВЧ-аппаратуры.

ул. Гаршина, д. 11.

Тел./факс: (495) 500-40-20,

(495) 557-23-95

Информация

E-mail: npptez@mail.ru

Сайт: www.npptez.ru

Краснов Л.А.

Подписано в печать:

О контроле и надзоре в сфере правовой охраны и использования

9.02.2015 г.

результатов интеллектуальной деятельности гражданского назначения,

созданных за счет бюджетных ассигнований федерального бюджета .

Отпечатано:

Краснов Л.А.

ГУП МО «Коломенская типография».

О применении положений ранее действовавшего законодательства

140400, г. Коломна,

в области интеллектуальной собственности .

ул. III Интернационала, д. 2а.

Краснов Л.А.

E-mail: bab40@yandex.ru

Об ознакомлении с документами заявки на выдачу патента

на изобретение, полезную модель, промышленный образец.

Формат 60х90/8,

бумага мелованная, объем 7 п.л.,

тираж 1000 экз., заказ 70.

Тенденции развития электроники и электро-

оборудования на транспортных средствах

№ 1 2016

Об основных направлениях развития

мировой транспортной системы и логистики

// Оn main directions of development of the global transport system and logistics //

Владимиров С.А., д. э. н.,

морских трасс составляет миллионы

Северо-Западный институт управления РАНХиГС,

километров. Морские суда транспорти-

г. Санкт-Петербург

руют главным образом массовые грузы:

нефть, нефтепродукты, уголь, руду, зер-

В статье, на основании опыта раз-

The article, based on the experience of de-

но и другие, причем обычно на рассто-

витых стран и стратегии развития

veloped countries and development of the

яние 8-10 тыс. км. «Контейнерная рево-

отечественного транспорта, обосно-

national transport strategy, proved the main

люция» на морском транспорте привела

ваны основные направления развития

directions of development of the global and

к быстрому росту перевозок и так назы-

мировой и отечественной транспорт-

domestic transportation system.

ваемых генеральных грузов - готовых

ных систем.

Keywords: strategy, transport, competition,

изделий и полуфабрикатов. Морские

Ключевые слова: стратегия, транс-

innovation, macroeconomics, quality, policy

перевозки обеспечиваются морским

порт, конкуренция, инновации, макроэ-

effectiveness.

торговым флотом, общий тоннаж кото-

кономика, качество, политика, эффек-

рого превышает 456 млн т. Первенство

тивность.

в мировом судоходстве принадлежит

Транспорт

- третья ведущая от-

дом сухопутного транспорта. Мировая

Атлантическому океану, второе место по

расль материального производства.

железнодорожная сеть в целом сложи-

размерам морских перевозок занимает

Он обеспечивает производственные

лась еще в начале XX века, ее протяжен-

Тихий океан, третье - Индийский. Очень

связи промышленности и сельского

ность сейчас составляет 13,2 млн км при

большое влияние на географию морско-

хозяйства, осуществляет перевозки

значительной неравномерности разме-

го транспорта оказывают международ-

грузов и пассажиров, является осно-

щения. Хотя железные дороги имеются

ные морские каналы (особенно Суэцкий

вой географического разделения труда,

в 140 странах мира, более 1/2 их общей

и Панамский) и морские проливы (Ла-

способствуя специализации и коопери-

длины приходится на «первую десятку»

Манш, Гибралтарский и др.).

рованию предприятий, отраслей, рай-

стран: США, Россию, Канаду, Индию, Ки-

Внутренний водный транспорт

онов и стран. Без транспорта было бы

тай, Австралию, Аргентину, Францию,

старейший вид транспорта. Сейчас он

невозможно преодоление территори-

ФРГ и Бразилию. Особенно по густоте

занимает по длине сети последнее ме-

ального разрыва между производством

сети выделяются страны Европы. Но

сто в мировой транспортной системе.

и потреблением товаров и услуг [1].

наряду с этим имеются огромные про-

Развитие и размещение внутреннего

Транспорт подразделяют на сухопутный

странства, где железнодорожная сеть

водного транспорта в первую очередь

(железнодорожный и автомобильный),

очень редка или отсутствует.

связаны с природными предпосылка-

водный (морской и речной), воздушный,

Трубопроводный транспорт актив-

ми - наличием рек и озер, пригодных

трубопроводный и электронный (линии

но развивается благодаря быстрому

для судоходства. Амазонка, Миссисипи,

электропередачи).

росту добычи нефти и природного газа

Волга, Обь, Енисей, Янцзы, Конго име-

Автомобильный транспорт с сере-

и тому территориальному разрыву, ко-

ют большую пропускную способность,

дины ХХ века стал ведущим среди видов

торый существует между главными рай-

чем самые мощные железнодорожные

сухопутного транспорта. Протяжен-

онами их добычи и потребления. Трубо-

магистрали. Но использование этих

ность его сети растет и достигла в насто-

проводный транспорт обслуживает 11%

предпосылок зависит от общего уровня

ящее время 27,8 млн км, причем около

объема мирового грузооборота при

экономического развития. Поэтому по

1/2 приходится на США, Индию, Россию,

протяженности сетей, составляющей

грузообороту внутренних водных путей

Японию, Китай. По уровню автомобили-

более 2,0 млн км.

в мире выделяются США, Россия, Канада,

зации в мире лидируют США и страны

Водный транспорт прежде всего ха-

ФРГ, Нидерланды, Бельгия, Китай. Боль-

Западной Европы. Автомобильному

рактеризуется выдающейся ролью мор-

шое значение в некоторых странах име-

транспорту принадлежит также первен-

ского транспорта. На него приходится

ют также судоходство по искусственным

ство в объеме пассажирских перево

62% мирового грузооборота, он также

путям и озерное судоходство.

зок - 82% мирового объема.

обслуживает около 4/5 всей междуна-

Воздушный транспорт. Этот вид

Железнодорожный транспорт усту-

родной торговли. Именно благодаря

наиболее скоростного, но достаточ-

пает автомобильному по объему пере-

развитию морского транспорта океан

но дорогостоящего транспорта играет

возимых грузов (9% мирового объема),

уже не разделяет, а соединяет страны

важную роль в международных пасса-

но по-прежнему остается важным ви-

и континенты. Общая протяженность

жирских перевозках. Его преимущества

Тенденции развития электроники и электро-

оборудования на транспортных средствах

№ 1 2016

кроме скорости - качество поставок,

оборот росли примерно теми же темпами

транспортные системы экономически

географическая мобильность, позволя-

(с некоторым отставанием), что и общий

развитых и развивающихся стран, не-

ющая легко расширять и менять трассы.

валовой продукт, рассчитанный в неиз-

сколько региональных неоднородных

Сеть регулярных авиалиний теперь опо-

менных ценах. За этот период удельный

транспортных систем: Северной Аме-

ясывает весь земной шар, протягиваясь

мировой грузооборот на 1 т произведен-

рики, Зарубежной Европы, стран СНГ,

на миллионы километров. Ее опорные

ной продукции вырос на 1/3, а душевой

Азии, Латинской Америки, Австралии.

точки - более 5 тысяч аэропортов. Глав-

грузооборот и километрическая подвиж-

При этом длина транспортных сетей

ные воздушные державы мира - США,

ность населения выросли в 3,5-4 раза.

развитых стран составляет 81% общей

Россия, Япония, Великобритания, Фран-

Общая протяженность транспорт-

длины мировой транспортной сети, и на

ция, Канада, ФРГ.

ной сети по видам путей сообщения

них приходится 78% мирового грузо

в последние десятилетия существенно

оборота и примерно 80% по стоимости,

Мировая транспортная система

стабилизировалась, в то же время про-

а доля ее в мировом пассажирообороте

Все пути сообщения, транспортные

исходит значительное качественное

еще выше. Густота транспортной сети,

предприятия и транспортные средства

изменение сети: растет протяженность

в наибольшей мере характеризующая

в совокупности образуют мировую транс-

электрифицированных и скоростных

обеспеченность ею, в большинстве

портную систему. Она сформировалась

железных дорог, автомагистралей с усо-

развитых стран составляет 50-60 км на

в XX веке и испытывает на себе сильное

вершенствованным покрытием, трубо-

100 км территории, а в развивающихся -

воздействие НТР, что выражается в «раз-

проводов крупного диаметра. Данные

5-10 км. В экономически развитых стра-

делении труда» между отдельными вида-

о перевозках показывают масштабность

нах сосредоточено более 80% мирового

ми транспорта, увеличении пропускной

выполняемой транспортной работы: ду-

автомобильного парка, в них находится

способности транспортных путей, появ-

шевой оборот за 40 лет вырос с 3,0 тыс.

почти 2/3 всех портов мира, выполняет-

лении принципиально новых транспорт-

до 3,4 тыс. пассажиро-километров. Мож-

ся 3/4 мирового грузооборота. Для этой

ных средств, например, сверхскоростных

но отметить динамизм развития пере-

транспортной подсистемы характерен

поездов на воздушной подушке.

возок. Объем перевозочной работы

также высокий технический уровень.

Объем и структура транспортных пе-

вырос более чем в 7 раз, а к 2020 году

С момента зарождения транспорт

ревозок, как правило, отражают уровень

вырастет еще в 1,2-1,3 раза.

оказывал сильное влияние на окружа-

и структуру экономики, а география

В мировом грузообороте резко вы-

ющую среду. Главными загрязнителями

транспортной сети и грузопотоков - раз-

деляется морской транспорт, доля ко-

атмосферы являются автомобильный

мещение производительных сил. Коли-

торого постепенно возрастала и до сих

транспорт, воздушный транспорт и же-

чественными показателями транспорт-

пор почти не снижается с 52 до 62%. То

лезнодорожный транспорт, эти виды

ной системы являются протяженность

же можно сказать и о доле в пассажи-

транспорта создают также шумовое за-

путей сообщения, численность занятых,

рообороте легкового автомобильного

грязнение и требуют больших площадей

грузо- и пассажирооборот. Во-первых,

индивидуального транспорта

- с

для сооружения магистралей, заправоч-

это относится к мировой транспортной

до 60%. Происходит интенсивное из-

ных станций, стоянок, вокзалов и т.д.

сети, общая протяженность которой пре-

менение структуры перевозок между

(за исключением воздушного). Водный

вышает 50 млн км. Во-вторых, это отно-

отдельными видами транспорта. Так,

транспорт главным образом служит ис-

сится к транспортным средствам. Доста-

в грузообороте соотношение между

точником загрязнения нефтью океанов

точно сказать, что перевозки грузов по

железнодорожным и его главным кон-

и внутренних вод.

железным дорогам осуществляют более

курентом - автомобильным транспор-

Современные процессы урбаниза-

210 тыс. локомотивов и миллионы же-

том - изменилось с 4:1 до 1,2:1 с после-

ции находятся в сложной зависимости

лезнодорожных вагонов, по автодоро-

дующим ростом - превышением доли

от развития городских и пригородных

гам - свыше триллиона автомобилей, по

автотранспорта. Доля трубопроводов

пассажирских сообщений. За последние

морским трассам - более 90 тыс. судов,

выросла с 4,2% до 12,8%. В пассажи-

25 лет процесс субурбанизации привел

а по воздушным трассам - более 30 тыс.

рообороте воздушный транспорт при-

к сокращению доли поездок в центры

рейсовых самолетов. Общая грузоподъ-

близился к уровню железнодорожно-

городов из пригородов США с 35 до

емность всех перевозочных средств

го

- соответственно,

10,0% и

10,2%,

10%. В среднем по странам Европейско-

мирового транспорта уже превысила

а к 2020 году должен превысить его.

го Союза 50% перемещений в городах

2,0 млрд тонн. В-третьих, это относится

Огромное влияние на развитие всех

совершаются на легковых автомобилях,

к работе транспорта, который ежегод-

видов транспорта оказала «контейнер-

12% - пешком, 20% - автобусом, трамва-

но перевозит свыше 110 млрд т грузов

ная революция», в результате которой

ем, метрополитеном, 15% - на велосипе-

и более триллиона пассажиров. Числен-

транспортировка грузов осуществля-

дах и мопедах, 3% - городской железной

ность занятых на транспорте превышает

ется в специальных металлических ем-

дорогой. По подсчетам специалистов,

100 млн человек (что можно сравнить со

костях - контейнерах. Появились также

развитие средств информатики и связи

всем населением Филиппин).

новые транспортные средства - контей-

снижает потребность в деловых поезд-

Основные параметры мировой

неровозы и специальные перегрузоч-

ках на 20-25% и в бытовых поездках -

транспортной системы. Изменение

ные станции - терминалы. Это позволи-

даже на 50%.

транспортоемкости мирового хозяйства

ло повысить производительность труда

Особую часть мировой транспорт-

характеризуется известной устойчиво-

на транспорте в 7-12 раз.

ной системы составляют транспортные

стью за послевоенный период: и суммар-

Мировая транспортная система не-

коридоры и узлы. В систему междуна-

ный грузооборот, и общий пассажиро

однородна, и в ней можно выделить

родных транспортных коридоров вхо-

Тенденции развития электроники и электро-

оборудования на транспортных средствах

№ 1 2016

дят также экспортные и транзитные

обороте - морскому транспорту (почти

ское хозяйство их портов не подготовле-

магистральные трубопроводы. Создав-

2/3). Характерными результатами на-

но к столь быстрому росту ввоза зерна.

шиеся в конце прошлого века транс-

учно-технической революции на миро-

Взаимодействие и переплетение этих

портные коридоры, проходящие через

вых транспортных рынках являются по-

факторов вызывает сложное противоре-

территории нескольких стран, объеди-

стоянный рост конкурентоспособности

чивое развитие всей мировой транспорт-

няют сразу несколько видов транспорта.

различных видов транспорта, усиление

ной системы. С одной стороны, общая

Из совокупности маршрутов они пре-

потенциальной возможности их взаи-

тенденция - ускорение транспортного

вратились в систему управляющих цен-

мозаменяемости, развитие интермо-

процесса: скоростные железные дороги,

тров перевозок и транспортных узлов,

дальных сообщений. Наиболее острой

контейнерные сообщения, быстроход-

которые постепенно приобрели функ-

конкуренции на транспортных рынках

ные специализированные суда; с дру-

ции управления тарифной политикой.

подвержены сухопутные виды транспор-

гой - снижение ходовых скоростей судов

Важной перспективной тенденци-

та - железнодорожный, автомобильный,

для поглощения избыточности тоннажа,

ей является сращивание транспортных

трубопроводный, а также речной - осо-

снижение скоростей и на других видах

и экспедиционно-распределительных

бенно в тех случаях, когда они обеспечи-

транспорта с целью уменьшения энер-

предприятий. В узлах, обеспеченных на-

вают доставку грузов до морских портов.

гозатрат. Противоречивые и взаимодо-

дежными и скоростными транспортными

Проходящая параллельно с научно-тех-

полняющие тенденции - формирование

связями (воздушными и морскими кон-

нической революцией монополизация

мощных полимагистралей, транспорт-

тейнерными линиями) создаются круп-

транспортных средств только обостряет

ных коридоров для повышения эффек-

ные специализированные транспор-

конкуренцию.

тивности транспортного процесса. С дру-

тно-распределительные центры между-

Воздействие государства на разви-

гой стороны, дисперсия транспортных

народного значения (Париж, Марсель,

тие и функционирование транспорта.

потоков, строительство сравнительно

Франкфурт-на-Майне, Мюнхен и др.).

Транспорт широко используется как ору-

мелких

высокоспециализированных

В транспортной системе узлы выпол-

дие региональной политики. В условиях

транспортных средств, контейнеров

няют функцию регулирующих клапанов.

усиления избыточности и противоречи-

с четкой «адресностью» назначения, раз-

Сбой в работе одного такого клапана

вости развития транспорта усиливаются

витие фидерных путей сообщения, обе-

может привести к проблемам для всей

протекционистские и дискриминацион-

спечивающих подвоз-развоз.

системы. Крупные транспортные узлы

ные экономические, фискальные и пра-

Обостряются противоречия между

всегда являются крупными городами,

вовые меры государства, направленные

развитием подвижного состава и по-

потому что притягивают торговлю, здесь

на смягчение конкуренции и защиту на-

стоянных устройств, между линейными

удобно развивать промышленность, да

циональных транспортных компаний.

и узловыми элементами системы. Воз-

и сами транспортные терминалы пре-

Усиливается использование

«своих»

можности портов обычно отстают от

доставляют много рабочих мест. Очень

транспортных средств для расширения

перевозок, образуются иерархические

многие города возникли на пересече-

«невидимого» экспорта (перевозки гру-

системы портов с целью концентрации

нии наземных или водных путей, то есть

зов иностранных фрахтователей и т.д.).

капиталовложений, в то же время уси-

как транспортные узлы.

«Дерегулирование» воздушного транс-

ливается конкуренция между ними. Воз-

Крупнейший транспортный узел

порта в США, появление чартерных

никают диспропорции между портами

России - Москва. Здесь пересекаются

авиакомпаний-аутсайдеров обостряют

стран-отправителей и портами стран-

пути пяти видов транспорта: в Москве

конкуренцию на воздушном фрахтовом

получателей. Отсюда усиление тенден-

сходятся

11 железнодорожных лучей,

рынке, ведут к снижению коммерческой

ции избежать портовых устройств, ор-

15 автомагистралей, 5 газопроводов и 3

загрузки самолетов. «Война флагов», по-

ганизовать бесперегрузочные системы

нефтепровода; здесь есть три речных

литика попустительства по отношению

(суда «Река - море», баржевозы, паромы,

порта, пять аэропортов и девять вок-

к флагам «удобств» вызывают дезорга-

накатные суда и т.д.). Крупной пробле-

залов. Самый крупный транспортный

низацию фрахтового рынка, ведут к не-

мой мирового значения оставалось до

узел страны на Дальнем Востоке - Вла-

догрузке тоннажа. Из 690 млн т дедвейта

последнего времени отсутствие глубо-

дивосток, где кончается Транссибирская

мирового флота около 180 млн т избы-

ководных портов на Атлантическом по-

железная дорога и начинаются многие

точны (из них 80 млн т - на приколе),

бережье США (порты принимали суда до

морские пути. Некоторые города выпол-

даже суда-контейнеровозы используют-

70 тыс. т). Далеко идущие последствия

няют роль не грузовых, а пассажирских

ся лишь на 60-65%.

вызывает то обстоятельство, что доля

транспортных узлов. Например, Симфе-

Ужесточение

природоохранных

развивающихся стран в мировом мор-

рополь в Крыму, куда прибывают много-

предписаний и мер значительно усили-

ском тоннаже - всего 25%, тогда как в ми-

численные туристы, пересаживающиеся

вает избыточность транспортных мощ-

ровом отправлении грузов - более 50%.

там на транспорт, доставляющий их в го-

ностей и удорожает транспортный про-

Одна из причин избыточности транс-

рода крымского побережья.

цесс. С учетом дороговизны территории

портных мощностей - обострение кон-

Научно-техническая революция ока-

более 10 млн т танкерного тоннажа ис-

куренции между железнодорожным

зала большое воздействие на «разделе-

пользуются в качестве плавучих нефтя-

и автомобильным транспортом (в США

ние труда» между отдельными видами

ных емкостей-складов в прибрежных

затраты у автотранспорта - 60%, тогда

транспорта. В мировом пассажирообо-

водах ряда стран (например, Японии).

как доля в грузообороте - 26%, а доля

роте внеконкурентное первое место

Используются танкеры и в качестве зер-

в энергопотреблении транспорта - 85%).

(около 4/5) теперь принадлежит автомо-

нохранилищ в акваториях портов разви-

От «перехвата» грузов автомобильным

бильному транспорту, в мировом грузо-

вающихся стран в связи с тем, что склад-

транспортом и от «вторжения» автомо-

Тенденции развития электроники и электро-

оборудования на транспортных средствах

№ 1 2016

биля в сферу железных дорог экономи-

(в 2013 году - 9%), в инвестициях на раз-

родных перевозках. Технические и техно-

ка США теряет, по некоторым подсчетам,

витие отраслей экономики (в 2013 году -

логические параметры международных

около 2 млрд долл. в год.

11,4%) и в численности занятых работ-

транспортных коридоров нашей страны

Стоимостные характеристики пере-

ников (в 2013 году - 6,8%), а также в по-

не обеспечивают их конкурентоспособ-

возок любой продукции (транспортный

треблении энергоресурсов, металла

ность на международном рынке. Инте-

тариф) отражаются непосредственно на

и в ряде других важных показателей,

грация в мировой и региональные рын-

ее конечной цене, прибавляются к за-

характеризующих экономику страны.

ки транспортных услуг будет означать

тратам на производство, влияют на кон-

Все эти обстоятельства позволяют

усиление конкуренции, расширение до-

курентоспособность продукции и зону

отнести транспорт к числу приоритет-

ступа на российский рынок зарубежных

ее сбыта. Стоимость перевозок в пас-

ных отраслей экономики.

перевозчиков, снятие административных

сажирском сообщении ограничивает

В настоящее время российская эко-

и тарифных барьеров и приведет к ос-

возможности для поездок населения,

номика оказалась перед системным

ложнению положения отечественных

а во многих случаях для части населе-

вызовом, характер и качество которого

транспортных компаний.

ния с невысокими доходами делает эти

определяются сочетанием трех фунда-

поездки недоступными. Удешевление

ментальных факторов. Первый фактор -

Основные направления развития

пассажирского сообщения, смягчающее

усиление глобальной конкуренции.

мировой транспортной системы

эти ограничения, имеет не только боль-

Второй фактор - возрастание роли че-

Анализ мировых тенденций разви-

шое социальное, но и экономическое

ловеческого капитала в социально-эко-

тия транспорта показывает, что ни одна

значение. Городской транспорт субси-

номическом развитии. Третий фактор -

страна не способна контролировать

дируется в основном государством, ре-

исчерпание источников экспортно-сы-

риски собственной экономики, не имея

гиональными и местными органами вла-

рьевого типа развития, базирующихся

сильных транспортных позиций. Миро-

сти. Однако их участие в этом различно.

на интенсивном наращивании топлив-

вые тенденции в развитии транспорта

В одних странах государственные инве-

ного и сырьевого экспорта. Одновре-

свидетельствуют, что закончен период

стиции обеспечивают всю сумму еди-

менно в России появились существен-

протекции по отношению к видам транс-

новременных и текущих затрат (Бельгия,

ные ограничения роста экономики, об-

порта и перевозчикам. На современном

Голландия), в других они практически не

условленные недостаточным развитием

этапе мировая транспортная система ха-

используются (Канада, Дания, Велико-

транспортной системы. Сегодняшние

рактеризуется большой зависимостью

британия).

объемные и качественные характери-

от информационных технологий и раз-

Эти типичные для современной

стики транспорта, особенно его инфра-

вивается по следующим направлениям:

и перспективной транспортной ситуа-

структуры, не позволяют в полной мере

увеличение пропускной способности

ции тенденции и процессы, тесно взаи-

и эффективно решать задачи растущей

транспортных путей, повышение безо-

модействующие с процессом мирового

экономики.

пасности движения, появление принци-

развития, требуют тщательного иссле-

Основные общесистемные про-

пиально новых транспортных средств,

дования на междисциплинарном уров-

блемы развития транспортной отрасли

увеличение вместимости и грузоподъ-

не. Между тем общий уровень изучен-

Российской Федерации состоят в сле-

емности транспортных средств, увели-

ности мирового транспорта как системы

дующем: наличие территориальных

чение скорости передвижения, своев-

стал снижаться.

и структурных диспропорций в раз-

ременности, ритмичности и экологич-

витии транспортной инфраструктуры;

ности функционирования транспортной

Транспортная система России

недостаточный уровень доступности

системы. Новые требования клиентуры

В Российской Федерации, как

транспортных услуг для населения, мо-

к качеству транспортного обслуживания

и в других развитых странах, транспорт

бильности трудовых ресурсов; недоста-

отодвигают затраты на второй план.

является одной из крупнейших базовых

точное качество транспортных услуг;

Усилия большинства стран направле-

отраслей хозяйства, важнейшей состав-

низкий уровень экспорта транспортных

ны на повышение конкурентоспособно-

ной частью производственной и соци-

услуг, в том числе использования тран-

сти национального транспорта и отказ от

альной инфраструктур. Транспортные

зитного потенциала; недостаточный

системы квот, а также от тарифных и дру-

коммуникации объединяют все районы

уровень транспортной безопасности;

гих ограничений. Их заменяет гармониза-

страны, что является необходимым усло-

усиление негативного влияния транс-

ция транспортного законодательства; ры-

вием ее территориальной целостности,

порта на экологию.

нок транспортных услуг стал усложняться,

единства ее экономического простран-

Еще одной важной проблемой явля-

все сегменты транспортного процесса

ства. Они связывают страну с мировым

ется недостаточный уровень конкурен-

и логистики стали интегрироваться. Как

сообществом, являясь материальной

тоспособности отечественных компаний

естественный результат - развитие транс-

основой обеспечения внешнеэкономи-

и всей транспортной системы России

портной инфраструктуры нового типа -

ческих связей России и ее интеграции

в целом на мировом рынке транспортных

транспортно-складские и товаро-транс-

в глобальную экономическую систему.

услуг. Это обусловлено как перечислен-

портные комплексы, которые образовали

О месте и значении транспорта сви-

ными проблемами, так и недостаточными

объединенную систему взаимодействия;

детельствует также его значительный

возможностями отечественных транс-

транспортные центры стали управляю-

удельный вес в основных производ-

портных организаций конкурировать на

щими элементами системы, что позволи-

ственных фондах страны (в 2012 году -

мировом рынке, в том числе эффективно

ло оптимизировать «сквозные» тарифы.

29%), существенная доля транспортных

использовать геополитические преиму-

Это привело к переходу точки при-

услуг в валовом внутреннем продукте

щества России при транзитных междуна-

быльности из процессов физической

Тенденции развития электроники и электро-

оборудования на транспортных средствах

№ 1 2016

перевозки в область транспортно-логи-

пользования лазерных нанотехнологий.

до 2015 года, Стратегии развития авто-

стических услуг. На этом фоне усилива-

Безусловно перспективными инно-

мобильной промышленности Россий-

ются требования к экологичности транс-

вационными транспортными средства-

ской Федерации на период до 2020 года

порта. Отсюда стремление поддержи-

ми являются дирижабли, подводные

и других отраслевых стратегий в сфере

вать приемлемую долю транспортной

круизные и грузовые корабли (особен-

промышленности, энергетики, лесного

составляющей в цене конечной продук-

но для Арктики), струнный транспорт,

комплекса и сельского хозяйства, Стра-

ции при соблюдении жестких норм по

частные космические аппараты вплоть

тегии социально-экономического раз-

экологии и безопасности.

до туров на Луну и Марс [2].

вития регионов России. Оптимальным

В долгосрочной перспективе в стра-

уровнем для увязки стратегии развития

нах с рыночной экономикой ожидается

Новая Транспортная

транспортной системы с региональны-

дальнейшее развитие НТП на транспор-

стратегия России

ми приоритетами признан уровень фе-

те. Структура сети путей сообщения пре-

При переходе к интенсивному, инно-

дерального округа.

терпит существенные изменения. НТП

вационному, социально ориентирован-

Цели современной Транспортной

на транспорте позволит существенно

ному типу развития Россия стремится

стратегии России: формирование едино-

улучшить его экономические показате-

стать одним из лидеров глобальной эко-

го транспортного пространства России

ли, повысить качество обслуживания

номики, что требует активной позиции

на базе транспортно-экономического

клиентуры и безопасность движения.

государства по созданию условий для

баланса страны, предусматривающего

На транспорте намечаются широкое

социально-экономического развития,

гармоничное опережающее развитие

использование маркетинга, изучение

прежде всего в целях повышения ка-

эффективной транспортной инфра-

спроса, введение учета потребностей,

чества транспортных услуг, снижения

структуры, обеспечивающей ускорение

применение моделирования и т.д.

совокупных издержек общества, зави-

движения потоков пассажиров, това-

Ожидается освоение на всей сети пу-

сящих от транспорта, повышения кон-

родвижения, снижение транспортных

тей сообщения компьютерной системы

курентоспособности

отечественной

издержек в экономике, рост предпри-

Райлинка (соединяющей между собой

транспортной системы и качества жизни

нимательской и деловой активности,

в настоящее время железные дороги,

населения через доступ к безопасным

непосредственно влияющей на качество

клиентов и банки) или другой аналогич-

и качественным транспортным услугам,

жизни и уровень социальной активности

ной ей системы, что позволит включить

усиления инновационной, социальной

населения; обеспечение доступности,

транспорт в сеть коммерческих обме-

и экологической направленностей раз-

объема и конкурентоспособности транс-

нов. Протяженность малодеятельных

вития транспортной отрасли, превра-

портных услуг для грузовладельцев в со-

и нерентабельных железнодорожных

щения географических особенностей

ответствии с потребностями инноваци-

линий и участков будет сокращаться.

России в ее конкурентное преимуще-

онного развития экономики страны; обе-

В то же время предполагается сооруже-

ство. В этих условиях формирование

спечение доступности и качества транс-

ние ряда новых, в основном скоростных,

стратегических направлений развития

портных услуг для населения в соответ-

линий. Предстоит также продолжить

отечественного транспорта должно

ствии с социальными стандартами; удов-

работу по обеспечению совместимости

осуществляться на базе всестороннего

летворение в полном объеме растущих

информационных систем, чтобы связать

анализа современного состояния и про-

потребностей населения по передвиже-

между собой национальные компьютер-

блем развития транспортной системы

нию, отсутствие дефицита мощностей,

ные сети.

в тесной взаимосвязи с общими направ-

высокая пропускная способность и тех-

Существенные изменения произой-

лениями и масштабами социально-эко-

ническая оснащенность транспортной

дут в парке транспортных средств. Их

номического развития страны, а также

инфраструктуры, ликвидация ограниче-

численность несколько возрастет, и за-

с глобальными общемировыми страте-

ний на развитие существующих и осво-

метно увеличится доля прогрессивных

гическими тенденциями в экономике.

ение новых территорий, а также повы-

видов тяги. Повысятся доля специализи-

Новая редакция Транспортной

шение ценовой доступности социально

рованного подвижного состава, его гру-

стратегии РФ на период до 2030 года,

значимых услуг транспорта; интеграция

зоподъемность и удельная мощность.

утвержденная распоряжением Прави-

в мировое транспортное пространство,

Современными учеными и изобрета-

тельства от 11 июня 2014 года № 1032-

реализация транзитного потенциала

телями разработан инновационный

р, разработана с учетом Стратегии ин-

страны, формирование в России транс-

транспорт, поражающий воображение.

новационного развития Российской

портной инфраструктуры мирового

Представьте, что более чем миллиард

Федерации на период до 2020 года,

уровня и превращение экспорта транс-

автомобилей, которые путешествуют

Стратегии развития Арктической зоны

портных услуг в один из крупнейших ис-

по всему миру и потребляют триллионы

Российской Федерации и обеспечения

точников доходов страны; повышение

долларов в виде материальных ресур-

национальной безопасности на период

уровня безопасности и устойчивости

сов, топлива и вредных выбросов, ра-

до 2020 года, Стратегии развития су-

транспортной системы, обеспечение

ботают без выбросов в течение 100 лет

достроительной промышленности на

эффективной работы аварийно-спаса-

только на 8 граммах топлива каждый!

период до 2020 года и на дальнейшую

тельных служб, гражданской обороны,

В США разрабатывается новый тип ав-

перспективу, Стратегии развития транс-

подразделений специальных служб

томобильных двигателей из одного из

портного машиностроения Российской

и повышение уровня мобилизационной

самых плотных материалов, известных

Федерации в 2007-2010 годах и на пери-

готовности, создание необходимых ус-

в природе, - тория, имеющего огромный

од до 2015 года, Стратегии развития ави-

ловий для соответствующего уровня об-

потенциал производства тепла путем ис-

ационной промышленности на период

щенациональной безопасности и сниже-

Тенденции развития электроники и электро-

оборудования на транспортных средствах

№ 1 2016

ния террористических рисков; снижение

развития территориального разделения

ной транспортной политики, эффектив-

негативного воздействия транспортной

труда и реализации сравнительных кон-

ных механизмов ее формирования и ре-

системы на окружающую среду.

курентных преимуществ; условие обе-

ализации [6].

Развитие транспортной инфраструк-

спечения безопасности страны; сред-

5. В современной транспортной

туры играет ключевую роль в реализа-

ство перемещения и роста подвижно-

системе особое место занимает про-

ции транспортной стратегии. Основны-

сти населения) масштабы, направления

странственная мобильность населения,

ми направлениями в развитии инфра-

и стратегия развития транспорта долж-

которая пока не адекватна не только

структуры железнодорожного транс-

ны носить опережающий характер по

требованиям инновационного типа эко-

порта являются развитие скоростного

сравнению с параметрами социально-

номического роста, но и потребностям

(160-200 км/ч) и высокоскоростного

экономического развития страны в це-

рыночной экономики. Исследования

(250-350 км/ч) пассажирского движения;

лом. Только при таком подходе транс-

показывают, что в целом мобильность

для автодорожной инфраструктуры - до-

порт не будет фактором, сдерживающим

населения в России существенно ниже,

стижение соответствия между спросом

социально-экономическое развитие.

чем в странах с развитой рыночной эко-

и предложением пропускной способно-

2. В условиях глобализации мировой

номикой. Согласно оценкам до 1/3 ре-

сти дорожной сети в условиях роста пар-

экономики транспорт наряду с финан-

гионов находятся за чертой бедности,

ка транспортных средств, исходя из пер-

совой и информационной сферами вы-

население этих регионов не имеет эко-

спективного уровня автомобилизации

ступает важнейшим рычагом интегра-

номических возможностей покинуть эти

страны - порядка 80 автомобилей на 100

ционных процессов. Особая роль транс-

регионы, что, в частности, может слу-

домохозяйств (300 автомобилей на 1000

порта определяется тем, что благодаря

жить объяснением того, почему в Рос-

жителей); для воздушного транспорта -

транспорту структурируется рыночная

сии не наблюдается сближения регио-

создание систем охраны контура аэро-

экономика, формируется единое эконо-

нов по уровню доходов [7].

дромов и посадочных глиссад; для мор-

мическое пространство.

ского транспорта - внедрение систем

3. Проблема повышения конкурен-

Выводы

автоматизированной проводки судов

тоспособности товаров и услуг для эко-

Транспортная система Российской

с использованием спутниковых навига-

номики России является ключевой на

Федерации является частью мировой

ционных систем с созданием электрон-

современном этапе развития. Речь мо-

транспортной системы. В ближайшие

ных карт внутренних водных путей; для

жет идти об использовании ее транзит-

годы в нашей стране могут возникнуть

трубопроводного транспорта - развитие

ного потенциала, связанного с особым

серьезные инфраструктурные ограни-

трубопроводной транспортной инфра-

географическим положением страны

чения транспортной доступности от-

структуры в восточных регионах страны

как естественного транспортного кори-

дельных регионов и товародвижения

в соответствии с приоритетами обеспе-

дора, соединяющего Европейский, Ази-

в международных и внутренних пере-

чения надежного газоснабжения рос-

атско-Тихоокеанский регионы и Аме-

возках. Возможна потеря Россией от-

сийских потребителей и диверсифика-

риканский континент

(прежде всего,

дельных перспективных мировых то-

ции экспорта энергоносителей с учетом

создание надежного и эффективно дей-

варных рынков. Транспортная система

требований законодательства по охране

ствующего механизма перевозок между

может стать фактором торможения эко-

природы; увеличение пропускных воз-

Европой и Азией по Транссибирскому

номического роста.

можностей Балтийской трубопроводной

маршруту, воссоединенному с Транс-

Реализация Транспортной стратегии

системы до 62 млн тонн нефти в год по-

корейской железной дорогой и желез-

Российской Федерации, координация на

зволит увеличить возможности России

ными дорогами Монголии в качестве

основе ее положений действий всех вет-

по экспорту нефти независимо от других

одного из основных маршрутов до-

вей и уровней власти, бизнеса, различ-

стран [4].

ставки контейнеров из Китая в Европу,

ных слоев общества обеспечит наиболее

Исходя из прогнозов возможных

и в перспективе - строительство Азиат-

эффективное использование возможно-

тенденций и ориентиров подъема рос-

ско-Тихоокеанской железнодорожной

стей транспорта в интересах социально-

сийской экономики и преобразования

магистрали Сингапур - Бангкок - Пе-

экономического развития России, реше-

социальной сферы можно предложить

кин - Якутск - туннель под Беринговым

ния вышеуказанных системных социаль-

следующие сценарные варианты буду-

проливом - Ванкувер - Сан-Франциско);

но-экономических проблем.

щего развития транспортной системы

повышение уровня безопасности транс-

страны: инерционный вариант, энер-

портной системы; снижение вредного

Литература

го-сырьевой вариант; инновационный

воздействия транспорта на окружаю-

1. Мишарин А.С. Транспортная стратегия

вариант. Инновационный тип экономи-

щую среду [5].

Российской Федерации: цели и приоритеты //

ческого роста выдвигает новые требо-

4. Наметившаяся за последнее время

Инновационный транспорт. 2015. № 1 (15).

вания к транспорту и основным параме-

открытость национального транспорт-

С. 3-7.

трам его развития с учетом следующих

ного рынка предъявляет новые требо-

2. Бондур В.Г., Левин Б.А., Розенберг И.Н., Цвет-

обстоятельств.

вания к уровню конкурентоспособности

ков В.Я. Космический мониторинг транспорт-

1. При сохранении главных функ-

транспорта. Со всей очевидностью об-

ных объектов. Учебное пособие / Москва, 2015.

ций транспортной системы (инструмент

наруживаются ограничения, связанные

3. Лёвин Б.А., Круглов В.М., Матвеев С.И.,

единства национальных товарных рын-

с неразвитостью единой транспортной

Коугия В.А., Цветков В.Я. Геоинформатика

ков и взаимосвязи регионов; фактор,

системы, разногласиями в налоговой,

транспорта (монография) / Международный

создающий и организующий единое

тарифной, инвестиционной политике,

журнал экспериментального образования.

экономическое пространство; источник

что свидетельствует об отсутствии еди-

2015. № 3-2. С. 223.

Тенденции развития электроники и электро-

оборудования на транспортных средствах

№ 1 2016

4. Лапидус Б.М., Мачерет Д.А., Фортов В.Е.,

стем и направлениях налоговой политики //

и логистики Северо-Западного института

Железнов М.М., Махутов Н.А., Мирошничен-

Налоги - журнал. 2010. № 2. С. 34-42.

управления РАНХиГС. Имеет более 150 пу-

ко О.Ф., Колесников В.И., Левин Б.А., Пехте-

7. Горбунов А.А. Транспорт - механизм раз-

бликаций, в том числе в международных

рев Ф.С., Фомин В.М., Титов Е.Ю., Розенбнрг Е.Н.,

вития региона // Научно-аналитический жур-

журналах.

Коссов В.С., Верескун В.Д., Лапидус В.А., Лапи-

нал Обозреватель - Observer. 2014. № 7 (294).

дус В.А., Белый С.Н., Корчагин А.Д., Рышков А.В

С. 78-83.

Vladimirov Sergei

Научное обеспечение инновационного раз-

Was born in 1953. In 1975 he graduated from

вития и повышения эффективности деятель-

Владимиров Сергей Арсеньевич

Leningrad Military Engineering academy with

ности железнодорожного транспорта / Кол-

Родился в 1953 году. В 1975 году окончил Ле-

degree in

«Construction of above-ground

лективная монография членов и научных пар-

нинградскую военно-инженерную Красноз-

and underground constructions of military

тнеров Объединенного ученого совета ОАО

наменную академию им. А.Ф. Можайского

facilities». He is a Doctor of Economics, aca-

«РЖД» / Под редакцией д-ра экон. наук, проф.

по специальности «Строительство наземных

demician of the Russian Academy of Natural

Б.М. Лапидуса. Москва, 2014. (Москва)

и подземных сооружений военных объек-

History. In

2008 he defended a thesis «The

5. Барышников С.О., Разухина А.А. Алгоритм

тов». Доктор экономических наук, акаде-

methodology of evaluation and analysis of the

оптимального планирования работы пор-

мик Российской академии естествознания.

economic efficiency of investment projects

товых перегрузочных машин / В сборнике:

В 2008 году защитил диссертацию по теме

in building». He has 45 years of work experi-

Морское образование: традиции, реалии

«Методология оценки и анализа экономи-

ence. At the present time he works as profes-

и перспективы. Материалы научно-практиче-

ческой эффективности инвестиционных

sor at the General management and logistics

ской конференции. 2015. С. 7-14.

проектов в строительстве». Опыт работы -

department of the North West Institute of the

6. Владимиров С.А. О некоторых причинах

45 лет. В настоящее время работает про-

management. He has more than 150 academic

несбалансированности экономических си-

фессором кафедры общего менеджмента

papers, including international journals.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 1 2016

Математическое моделирование дуги

в свече зажигания автомобиля

// Mathematic modelling of an arc in an automobile spark plug //

Петровский С.В., Козловский В.Н., д. т. н., Шевцов В.А.,

В представленной работе рассма-

СамГТУ, г. Самара

триваются три наиболее распростра-

ненные на практике модели дугообра-

В статье представлены результаты

The article describes results of development

зования в системе зажигания. Также

разработки и исследования матема-

and investigation of mathematic models of

в работе проведено сравнение моделей

тических моделей дугообразования

arcing in the automobile ignition.

с использованием экспериментальных

в системе зажигания автомобиля.

Keywords: quality, reliability, automobile,

данных.

Ключевые слова: качество, надежность,

electric equipment, ignition system, electro-

Подобрав наиболее подходящий для

автомобиль, электрооборудование,

magnetic compatibility.

системы зажигания тип модели, можно

система зажигания, электромагнитная

использовать ее для построения новой

совместимость.

модели определения уровня электро-

магнитных помех. Делается это для того,

С точки зрения обеспечения требу-

Аналитическая модель дуги как эле-

чтобы создать систему с динамической

емых характеристик работы двигателя

мента электрической цепи базируется

настойкой параметров для реальных

внутреннего сгорания (ДВС) при зажига-

на исследовании уравнения переноса

систем, базирующихся на данных новой

нии топливо-воздушной смеси в камере

энергии. Это связано с тем, что тепловые

апробированной модели определения

сгорания необходимо, чтобы дуговой

процессы в дуге относятся к наиболее

уровня электромагнитных помех.

разряд между электродами свечи за-

инерционным, и в основном они опре-

Математическая модель Майра

жигания был устойчивым и надежным.

деляют ее динамические свойства [1].

получена из рассмотрения процессов

Экспериментальные исследования по

Рассмотрим, следуя подходу, пред-

в дуге при допущении, что рассеивание

данной проблеме проводятся, но они

ложенному Брауном [1], один из мето-

тепловой энергии в радиальном на-

сложны и, учитывая множество режи-

дов получения структуры модели дуги:

правлении обусловлено только тепло-

мов работы, в полной мере не дают от-

проводностью. Этот подход базируется

вета на вопрос энергетической устойчи-

−

(1)

на предположении термической иони-

вости дугового разряда, поэтому реше-

зации и постоянства диаметра ствола

ние задачи по исследованию электроду-

где Q - теплосодержание, W и P - мощ-

дуги в переходном режиме. Иными

говых процессов, проходящих в системе

ности тепловыделения и теплоотвода.

словами, мощность, выделяющаяся

зажигания автомобилей, рационально

В дуговом стволе не происходит на-

в дуге, постоянна и не зависит от изме-

проводить на основе математического

копления энергии электромагнитного

нения тока, а с током изменяется тем-

моделирования.

поля, поэтому описание дугового раз-

пература дуги.

Величинами, которые полностью ха-

ряда в интегральных параметрах при

При

F(Q)

рактеризуют дугу, являются ток и напря-

переходном режиме удобно вести через

жение. Зависимость, связывающая ток

активную проводимость разрядного ка-

P = P₀ = const,

(4)

и напряжение дуги, и будет ее матема-

нала, которая является функцией тепло-

тической моделью. При моделировании

содержания:

где g₀, Q₀, P₀ - постоянные, мы получим

необходимо предварительно выбрать

модель Майра. В результате была полу-

g=F

(Q)

(2)

вид уравнения, связывающего ток и на-

чена модель дуги в следующей форме:

пряжение. Затем по опытным данным

Учитывая то, что тепловыделение

−1,

определяются коэффициенты или пара-

в дуге можно считать только протекани-

(5)

⁰ P

метры этого уравнения.

ем по ней тока, то после преобразований

Выбор структуры определяет воз-

получим математическую модель дуги:

Так как

можности дальнейшего моделирова-

dF(Q)

ния. Поэтому требуется использовать

(ui −

P). (3)

то с учетом этого уравнение (3) в пара-

F(Q)

все имеющиеся в распоряжении сведе-

метрах U, I можно записать в следую-

ния о наиболее общих свойствах объек-

Известен ряд динамических моде-

щем виде:

та моделирования и в первую очередь

лей, основанных на различных пред-





результаты его аналитического иссле-

ставлениях механизма переноса энер-

−



−1

. (6)





дования.

гии в стволе дуги [1].





Электроснабжение

и электрооборудование

№ 1 2016

Математическое описание процес-

гания рабочей смеси и нагрузка посто-

• дуговой промежуток между элек-

сов дугообразования на основании мо-

янно меняются (пуск, разгон, движение

тродами свечи зажигания;

дели Касси получено в предположении,

с постоянной скоростью при постоян-

• распределитель, сигнал на кото-

что в процессе охлаждения продольно

ной нагрузке и тому подобное). А так как

рый поступает с выхода катушки зажи-

обдуваемой дуги преобладает конвек-

давление в камере сгорания постоянно

гания. Он выполняет функцию распре-

ционный отвод тепла, пропорциональ-

изменяется, то вследствие этого условия

деления высоковольтных импульсов по

ный сечению дуги, при фиксированной

горения и отвода тепла от дуги будут

проводам (в современном исполнении

температуре в пространстве и времени.

переменными. Поэтому утверждение,

нет механических распределителей,

Иными словами, этот анализ основан

что температура в стволе дуги постоян-

распределение импульсов идет на ин-

на предположении, что температура

на и не зависит от тока, практически не-

дивидуальные катушки через электрон-

в стволе дуги постоянна и не зависит от

обоснованно.

ный блок управления (ЭБУ));

тока, в то время как мощность в стволе

По многочисленным опытным дан-

• высоковольтные провода, рас-

дуги изменяется с током [3]. В результате

ным, которые получены в самых различ-

сматриваемые как проводниковый ма-

была получена модель дуги в следую-

ных условиях и для различных значений

териал.

щей форме:

U и I, можно сказать, что теория Касси

Исходя из представленной схемы за-

подтверждается при больших токах (сот-

мещения составляются пять дифферен-









−1

(7)

ни ампер), а теория Майра - при малых

циальных уравнений по числу неизвест-









токах. Поэтому для систем зажигания,

ных величин, для которых необходимо

В параметрах U, I последнее уравне-

где токи в условиях горения дуги состав-

получить их зависимости от времени

ние можно записать как

ляют 30-100 мА, модель Майра наибо-

(t), U_с1(t), i₂(t), U_с2(t), i₅(t)). Причем i₁(t) -

лее полно описывает дуговые процессы

ток в первичной обмотке катушки зажи-

 u



−

[



−1]

(8)

в свече зажигания. Но есть еще и другие

гания, U_с1(t) - напряжение на первичной









модели. Например, модель Новикова,

обмотке катушки зажигания, i₂(t) - ток во

где u₀ - напряжение на дуге в установив-

которая, как уже было указано, объеди-

вторичной обмотке катушки зажигания,

шемся режиме.

няет и модель Майра, и модель Касси.

U_с2(t)

- напряжение на вторичной об-

В качестве исходного уравнения для

Ее также необходимо проверить на со-

мотке катушки зажигания, i₅(t) - ток дуги.

адаптивного моделирования дуги на ос-

ответствие применительно к системам

Первые четыре уравнения составляются

нове модели Новикова вводится урав-

зажигания. В процессе проверки мы

на основе токов и напряжений первич-

нение вида

модернизируем выбранные модели для

ной и вторичной обмоток катушки зажи-

d(ui)

получения наилучшей сходимости с экс-

гания при работе на холостом ходу. На-

периментом [3].

грузкой данной катушки зажигания яв-

Оптимизация выбранной математи-

ляется дуга в свече зажигания, уравне-

ui−B

−gB

(9)

ческой модели дуги в свече зажигания

ние тока которого является нелинейным

где B₁= Ψ, B₂= Q, B₃= α, B₄= P, B₅= K -

(модель Майра) проведена по методу

и приводится в пятом уравнении [2].

параметры дуги.

Рунге-Кутта в среде MathCAD, где дуга

Сама система дифференциальных

При этом динамические свойства

моделируется системой из пяти диффе-

уравнений имеет следующий вид:

дуги определяются коэффициентами,

ренциальных уравнений, которые были

(

)

(

);

а статическая вольт-амперная характе-

составлены на основе схемы замещения

ристика имеет следующий вид:

системы зажигания (рис. 1).

du_c

В данную схему входят:

;

ui − P − gK,

(10)

• коммутатор, который получает

где u, i, g - напряжение, ток, проводи-

сигналы с датчиков и коммутирует ток

(

)

(

)

;

(11)

мость, а P, K - коэффициенты.

разрыва, протекающий по первичной

du_c

Выбор структуры подобного описа-

обмотке катушки зажигания;

(

−

);

ния удовлетворяет следующим требо-

• катушка зажигания, моделируе-

ваниям:

мая посредством эквивалентной схемы

(

−i

)

⋅ i









−i

• широкий охват известных моде-

замещения;

u′

U





лей дуги;

• удобство реализации;

• ограничение сложности модели.

В частности, эта модель при Ψ = 0,

α = 0 обобщает модель Майра, а при

Q = 0, α = 0 - модель Касси.

Приведем сравнение различных

подходов, применяемых к анализу про-

цессов дугообразования. В случае с си-

стемой зажигания, которая воспламе-

няет рабочую смесь в камере сгорания

двигателя, теория Касси менее правдо-

подобна из-за того, что условия зажи-

Рис. 1. Схема замещения СЗ.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 1 2016

к экспериментальной кривой (динами-

ческая погрешность - 5%), так как на

ней участок горения дуги более ста-

билен, но при этом участок затухания

выражен слабо (динамическая погреш-

ность - 12%).

3. В модели Касси (кривая 3) и мо-

дели Новикова (кривая 4) участок горе-

ния дуги менее стабилен по отношению

к экспериментальной кривой

(дина-

мическая погрешность - 20-25%), но

модель Новикова дает наиболее при-

ближенный к экспериментальному уча-

сток затухания (динамическая погреш-

ность - 15%), который в модели Касси

выражен менее точно (динамическая

Рис. 2. Экспериментальная кривая временной характеристики напряжения на вторичной

погрешность - 20%).

обмотке катушки зажигания (1), модель Майра (2), модель Касси (3) и модель Новикова (4).

Полученные результаты работы соз-

дают практическую основу для исследо-

где k₁ =

- 0,5885; k₂

= - 0,5859;

• зависимость напряжения на вто-

ваний по улучшению системы зажигания

k₃ = - 0,586; k₄= - 0,626 - коэффициен-

ричной обмотке катушки зажигания от

(СЗ) в аспекте электромагнитной совме-

ты; P₀ - мощность, выделяемая в дуге;

времени (U_2m(t));

стимости СЗ и электрооборудования

θ - постоянная времени дуги, при этом

• зависимость тока, проходящего

внутри и вне автомобиля. Эксперимен-

начальные условия для данных токов

через электроды свечи зажигания как

тально достичь указанных целей слож-

и напряжений берутся из расчета 1% от

функции времени (I_св(t)).

но и не всегда возможно, так как вариан-

номинальных значений.

В ходе исследования производились

тов взаимовлияний системы зажигания

Последнее, пятое, уравнение полу-

измерения трех вышеописанных вели-

и других систем огромное множество,

чено по модифицированной модели

чин с заданной частотой дискретизации.

для этой цели здесь и производится ма-

Майра путем преобразования формулы

Ранее те же величины измерялись с по-

тематическое моделирование [4].

(6) относительно тока дуги i₅(t). Ана-

мощью звуковой карты. Аналоговый сиг-

логично в двух других случаях пятое

нал при помощи звуковой карты пред-

Литература

уравнение заменяется уравнением,

ставлялся в цифровом виде и записы-

1. Новиков О.Я. Устойчивость электрической

написанным по модели Касси или по

вался в файл. Обработка файла осущест-

дуги. Л.: Энергия, 1978.

обобщенной модели. При этом следует

влялась редактором Cool Edit, где его

2. Петровский С.В. Исследование системы

упомянуть, что полученные математиче-

можно представить в виде графика или

зажигания автомобилей при помощи платы

ские модели необходимо настроить под

спектра. Результатом эксперименталь-

АЦП L - 783. «Туполевские чтения XVII»: Мате-

результаты эксперимента для получе-

ных исследований явилось подтверж-

риалы международной научно-технической

ния наилучшей сходимости показанных

дение с приемлемой для инженерных

конференции. - Казань, КГТУ-КАИ, 2009. -

математических моделей.

расчетов погрешностью разработанных

с. 105-107.

Настройка модели осуществляется

математических моделей и эксперимен-

3. Петровский С.В. Математическое модели-

изменением параметров дугового раз-

тальных данных, что иллюстрируется

рование процессов дугообразования в систе-

ряда С₁;С₂;P₀; U; θ.

графиком, представленным на рис. 2.

ме зажигания автомобиля. // Вестник СамГТУ.

Экспериментальные исследования

Таким образом, детальный анализ

Серия «Технические науки». № 2 (24). Самара.

направленны на подтверждение до-

кривых на рис. 2 можно обобщить сле-

СамГТУ, 2009.

стоверности математических моделей

дующим образом.

Петровский С.В., Николаев П.А. Модели-

и получены при помощи многофункци-

1. Анализ кривых, приведенных на

рование электромагнитных помех при ра-

ональной платы АЦП L-783 c разрядно-

рис. 2, показывает, что между кривыми,

боте системы зажигания автомобиля. // На-

стью 12 бит и тактовой частотой 3 МГц,

записанными при помощи АЦП и промо-

учные труды V международной молодежной

установленной в компьютер. Исследова-

делированными в MathCAD, наблюдает-

научно-технической конференции «Электро-

ния производились на стенде, моделиру-

ся практическое соответствие. Деталь-

энергетика глазами молодежи». Том 1, Томск.

ющем работу системы зажигания марки

ное их сравнение показывает близкое

ТПУ, 2014. С. 355-359.

СПЗ-16, и на реальном автомобиле марки

соответствие по параметру динамиче-

5. Petrovski S., Bouchet F., Petrovski A. Data-

ВАЗ 11176. Плата имеет 16 каналов «Ввод/

ской погрешности при различных иска-

driven Modelling of Electromagnetic Interfer-

вывод», из которых в ходе эксперимента

жениях участка горения дуги и участка

ences in Motor Vehicles. // IEEE International

использовались только три. Пропускная

затухания.

Symposium on Innovations in Intelligent Sys-

способность установки, таким образом,

2. На экспериментальной кривой

tems and Applications (INISTA 2013) Albena,

была около 1 МГц на канал [5]. При этом

эти участки более четко выражены по

Bulgaria, 2013. ISBN: 978-1-4799-0659-8. DOI:

были изучены следующие зависимости:

отношению к кривым, полученным по

10.1109/INISTA.2013.6577658. pp. 1-7.

• зависимость напряжения на свече

математическим моделям, описанным

6. Petrovski S., Rattadilok P., Petrovski A. Anom-

зажигания от времени (U_св(t));

выше. Модель Майра наиболее близка

aly Monitoring Framework Based on Intelligent

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 1 2016

Data Analysis. // In the Proceedings of the 14th

Козловский Владимир Николаевич

electric supply». His work experience is 16 years.

International Conference on Intelligent Data

Инженер по специальности

«Электро-

At present he works as leading engineer at the

Engineering and Automated Learning (IDEAL

оборудование автомобилей и тракторов»,

department «Electric power plant» of SamGTU.

2013), October

2013, Hefei, China. Springer

в 1999 году окончил Тольяттинский политех-

He has 38 articles and 1 patent.

Global, Lecture Notes in Computer Science, vol-

нический институт. Доктор технических наук.

ume 8206, pp. 134-141. ISBN978-3-642-41277-

В 2010 году защитил докторскую диссерта-

Kozlovskiy Vladimir

6. DOI: 10.1007/978-3-642-41278-3_17.

цию на тему «Обеспечение качества и надеж-

Is an engineer, specialization is «Car and trac-

7. Petrovski A.,

Rattadilok P.,

Petrovski S.,

ности системы электрооборудования автомо-

tor electric equipment», in 1999 he graduated

Designing a context-aware cyber physical

билей». Автор более 150 научных работ, в том

from Tolyatty Polytechnic Institute. Doctor of

system for detecting security threats in mo-

числе 10 монографий. В настоящее время

Engineering. In 2010 he defended a Dphil in

tor vehicles. // SIN’15 Proceedings of the 8th

работает заведующим кафедрой «Теорети-

the subject «Quality and safety assurance of car

International Conference on Security of In-

ческая и общая электротехника» Самарского

electric equipment system». He is an author of

formation and Networks, Sochi, Russia. 2015.

государственного технического университе-

more than 150 scientific works, including 10

pp.

267-270. ISBN978-1-4503-3453-2. DOI>

та (СамГТУ).

monographs. At present he works as depart-

10.1145/2799979.2800029/

ment chairman «Theoretic and general electro-

Шевцов Владислав Александрович

technics» at the Samarskiy State Technical Uni-

Петровский Сергей Валерьевич

Родился в 1993 году. Магистрант кафедры

vercity (SamGTU).

Родился в 1976 году. В 1999 году окончил

«Теоретическая и общая электротехника»

СамГТУ по специальности

«Электроснаб-

СамГТУ, г. Самара. Автор 1 работы.

Shevtsov Vladislav

жение по отраслям». Опыт работы - 16 лет.

Was born in 1993. He is a Master’s degree stu-

В настоящее время работает ведущим инже-

Petrovskiy Sergey

dent at the department «Theoretic and general

нером кафедры

«Электрические станции»

Was born in 1976. In 1999 he graduated from

electrotechnics» of SamGTU, Samara city. He is

СамГТУ. Имеет 38 статей, 1 патент.

SamGTU with specialization in

«Branch-wise

an author of 1 article.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 1 2016

Контактно-аккумуляторный маневровый

электровоз с накопителем энергии

на основе литий-ионных аккумуляторов

// Battery-electric shunting locomotive with lithium-ion storage batteries //

Штанг А.А., к. т. н., Ярославцев М.В.

ТЭМ18. Суммарная длительная мощность

Новосибирский государственный технический университет,

тяговых двигателей тепловоза ТЭМ18 со-

г. Новосибирск

ставляет 620 кВт, а номинальное напря-

жение тягового генератора - 280 В [7].

В статье предложено использование

Battery-electric locomotives with lithium-

Особенностью работы маневровых

контактно-аккумуляторных электрово-

ion storage batteries are proposed for

локомотивов является большая доля

зов для выполнения маневровой работы

shunting duties on electrified railroad lines

времени работы двигателя на холостом

на электрифицированных линиях желез-

considering experience of energy storage de-

ходу, достигающая 70-75% и в отдель-

ных дорог с учетом современного опыта

vices applications. Main parameters of trac-

ных случаях больших значений [8-12].

применения накопителей электрической

tion drive are calculated and its functional

Только при вывозной работе доля хо-

энергии на транспорте. Определены ос-

scheme is shown in the article. Advantages

лостого хода может в отдельных случа-

новные параметры тяговой энергетиче-

of battery-electric over diesel locomotives

ях снижаться до 37% при характерных

ской установки локомотива, приведена

are discussed, estimated fuel economy is

ее функциональная схема. Выполнена

shown.

значениях также свыше 70%. При этом,

в случае вывозной работы, движение

оценка экономического эффекта эконо-

Keywords: shunting locomotive, battery-

мии топлива, рассмотрены эксплуата-

electric locomotive, lithium-ion battery, fuel

поезда осуществляется главным обра-

ционные преимущества и недостатки

economy, energy storage.

зом по электрифицированным перего-

предложенного решения.

нам, а в случае маневровой работы на

Ключевые слова: маневровый локо-

станциях регулярно происходит выход

мотив, контактно-аккумуляторный

локомотива на электрифицированные

электровоз, литий-ионный аккумуля-

приемо-отправочные пути.

тор, топливная экономичность, нако-

Для дальнейшего расчета принято,

питель энергии.

что в течение смены маневровый локо-

мотив работает автономно не более 5

В связи с повышением стоимости

сгорания. На электрифицированных же-

часов (62,5% времени), в том числе под

топлива и экологических требований

лезных дорогах альтернативой приме-

нагрузкой с максимальным потребле-

к железнодорожному транспорту в на-

нению маневровых тепловозов может

нием мощности тяговыми двигателями

стоящее время ведется активный поиск

являться использование контактно-ак-

в течение не более 2 ч (40%), а в режиме

технических решений, повышающих

кумуляторных маневровых электрово-

холостого хода без заряда ТАБ - не ме-

энергетическую эффективность манев-

зов. Во время нахождения локомотива

нее 3 ч (60%). В этом случае потребление

ровых локомотивов, обладающих наи-

на электрифицированных путях пита-

энергии тяговыми двигателями составля-

меньшим эксплуатационным КПД по

ние двигателей и заряд тяговой батареи

ет 4,5 ГДж. При мощности собственных

сравнению с локомотивами, занятыми

производятся от контактной сети. При

нужд, равной 10% мощности тяговых

в поездной работе [1]. Для решения этой

выходе локомотива на неэлектрифици-

двигателей, и КПД преобразования энер-

проблемы созданы образцы локомо-

рованный участок пути его передвиже-

гии ТАБ, равном 80%, определена необ-

тивов, использующих газовое топливо

ние осуществляется за счет использо-

ходимая энергоемкость батареи E_ТАБ:

(ТЭМ19 [2]), обладающие двумя дизель-

вания тяговой аккумуляторной батареи

⋅t

+0,1P

⋅t

ТЭД ТЭД

ТЭД АР

ными двигателями

(ТЭМ14

[3]) либо

(ТАБ). Подобный принцип работы в на-

ТАБ

гибридной энергоустановкой

(ТЭМ9h

стоящее время активно применяется на

620⋅7200+0,1⋅620⋅18000

[4]). За рубежом компанией Bombardier

подвижном составе городского электро-

0,8

создан электровоз с дополнительной

транспорта, в том числе на выпускаемых

гибридной энергоустановкой понижен-

в России троллейбусах СТ-6217 и Трол-

7, 0ГДж,

ной мощности, предназначенной для

за-5265 [6].

где P_ТЭД - суммарная мощность тяговых

выполнения маневровой работы [5].

двигателей, кВт;

Современные достижения в области

Основные параметры контактно-

t_ТЭД - время автономной работы ло-

преобразования и накопления элек-

аккумуляторного локомотива

комотива в режиме тяги, с;

трической энергии позволяют предло-

Наиболее распространенными сери-

t_АР - общее время автономной рабо-

жить решения, допускающие отказ от

ями маневровых тепловозов являются

ты локомотива;

применения двигателей внутреннего

ТЭМ2 и выпускаемые в настоящее время

η - КПД преобразования энергии.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 1 2016

Таблица 1. Технические характеристики литий-полимерного аккумулятора

С учетом сказанного, общий вес на-

WB-LYP400AHA производства Winston Batteries

копителей с учетом стеллажей и вырав-

и аккумулятора LT-LYP380 производства ООО «Лиотех».

нивающего заряд отдельных элементов

оборудования может быть оценен как

Тип элемента

WB-LYP400AHA

LT-LYP380

в 1,5 раза превосходящий вес отдельных

Энергоемкость, А*ч

400

380

элементов, а объем, с учетом простран-

ства для обтекания элементов охлаждаю-

Номинальное напряжение

2,8 / 4,0

3,2 / 3,9

заряда/разряда, В

щим воздухом, - в 2 раза. Таким образом,

Допустимый длительный

3С = 1200 А

3С = 1140 А

общий вес блока накопителей может

ток заряда и разряда

быть оценен в 35 т, а его объем - 30 м³.

Габаритные размеры, мм

460 х 65 х 285

163 х 167 х 337

При размещении накопителей на

Вес, кг

13,5

14,8

экипажной части тепловоза ТЭМ18 сле-

Количество циклов заряда-

5000

3000

дует учесть возможность отказа от ряда

разряда

при глубине разряда 80%

оборудования, связанного с дизель-ге-

7000

нераторной установкой. Вес отдельных

при глубине разряда 70%

узлов тепловоза приведен в таблице 2.

Для определения параметров на-

нивания напряжения их элементов.

Объем капотов тепловоза составляет

копителя энергии приняты элементы

Несмотря на высокий паспортный диа-

около 45-50 м³, что, с учетом возмож-

WB-LYP400AHA и LT-LYP380, выпускае-

пазон рабочих температур элементов

ности повышения осевой нагрузки ло-

мые предприятиями Winston Batteries

тяговых батарей, опыт их эксплуатации

комотива, составляющей 21 т, делает

в Китае и «Лиотех» в России [13, 14]. Их

на троллейбусах СТ-6217 показал необ-

возможным размещение накопителей

технические характеристики приведе-

ходимость мероприятий по термостати-

и преобразователя напряжения в су-

ны в таблице 1.

рованию. В зимнее время необходимы

ществующем кузове. На рис. 1 показана

Таким образом, для достижения не-

утепление и подогрев отсеков хранения

функциональная блок-схема локомоти-

обходимой мощности батарея аккуму-

батарей, а в летнее время - их принуди-

ва. Электровозы постоянного и пере-

ляторов WB-LYP400AHA должна иметь

тельная вентиляция.

менного токов различаются устрой-

количество элементов N_P не менее

Таблица 2. Вес отдельных узлов тепловоза ТЭМ18.

Наименование агрегата

Масса, т

Дизель-генератор

14,6

Аккумуляторная батарея

2,24

где U_эл - номинальное напряжение эле-

Охлаждающие секции холодильника

1,1

мента;

Запасы топлива, воды, масла

6,54

I_эл - номинальный ток элемента.

Итого

24,5

Для достижения необходимой энерго-

емкости батарея должна иметь не менее

где C - энергоемкость элемента, А∙ч.

Поскольку общее число элементов,

по условию энергоемкости, в несколь-

ко раз превосходит число элементов

батареи, необходимое для обеспечения

заданной мощности, тяговый ток делит-

ся между несколькими параллельными

ветвями. В результате снижается нагруз-

ка на отдельные элементы и увеличива-

ется их срок службы, появляется возмож-

ность отключения одной из параллель-

ных ветвей тяговой батареи в случае

неисправности одного из ее элементов.

Кроме того, возникает возможность при-

менения на локомотиве тяговых двигате-

лей повышенной мощности.

Тяговые литий-ионные батареи

Рис. 1. Функциональная блок-схема контактно-аккумуляторного маневрового электро-

должны оснащаться системой вырав- воза. Стрелками показаны возможные направления потоков энергии.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 1 2016

ством преобразователя, понижающего

честве источника энергии создает воз-

ственно возрастать как за счет повыше-

напряжение контактной сети.

можность повышения мощности локо-

ния срока службы батареи, так и за счет

мотива, а следовательно, и веса поезда

уменьшения потерь запасаемой энер-

Оценка эффективности проекта

при выполнении вывозной работы. По-

гии на ее внутреннем сопротивлении.

Основным эффектом перехода яв-

скольку параметры ТАБ определяются

Как следует из приведенных исследо-

ляется сокращение стоимости энерго-

в первую очередь ее энергоемкостью,

ваний, в большинстве случаев фактиче-

носителей, поскольку электрическая

повышение мощности может быть до-

ское время работы значительно меньше

энергия значительно дешевле энергии

стигнуто также и в автономном режиме

расчетных 40%. Так, в предположении,

дизельного топлива. Замена тепловоза

работы локомотива при условии сокра-

что локомотив работает с номинальной

контактно-аккумуляторным электрово-

щения времени автономной работы. По-

мощностью 20% времени и не потребля-

зом позволит исключить расход топлива

вышение веса либо скорости движения

ет энергию на тягу в течение остальных

на работу двигателя на холостом ходу.

поездов может сократить потребность

80%, разница стоимости энергоносите-

Расход энергии локомотивом при выбе-

в локомотивах, позволит отказаться от

лей сократится лишь на 20%.

ге, торможении и стоянке будет опреде-

эксплуатации тепловозов по СМЕ, а так-

Важнейшим фактором, определя-

ляться потреблением энергии вспомо-

же несколько повысит пропускную спо-

ющим затраты на техническое обслу-

гательным оборудованием и системой

собность.

живание и эффективность применения

термостатирования тяговой батареи.

Ниже приведена оценка экономи-

накопителей, является их срок службы,

Перегруппировка тяговых батарей

ческого эффекта замены тепловоза кон-

определяемый числом циклов заряда-

позволяет снизить напряжение их за-

тактно-аккумуляторным электровозом

разряда. Производителем заявлен срок

ряда и осуществлять заряд тормозным

по потреблению энергии. Полный рас-

службы 5000 циклов при глубине разря-

током тяговых двигателей, что является

ход энергии электровозом в автоном-

да 80% и 7000 циклов при глубине раз-

дополнительным способом сокращения

ном режиме составляет 7,0 ГДж, а с уче-

ряда 70%, причем срок службы батареи

расхода энергии. Возможна установка на

том КПД заряда ТАБ 0,8 он увеличится

значительно возрастает с дальнейшим

локомотив выпрямителя и заряд его ТАБ

до 8,75 ГДж. В предположении, что доля

уменьшением глубины ее разряда.

от промышленной сети в условиях депо.

времени работы под тягой в неавтоном-

При коэффициенте использования

Отказ от дизель-генераторной уста-

ном режиме (при питании от контакт-

локомотива 0,7 и 3-сменной работе при

новки значительно сокращает трудо-

ной сети) также составляет 40%, расход

однократном глубоком разряде ТАБ

емкость технического обслуживания

энергии в этом режиме составит 4,2 ГДж.

в течение смены потребуется выполнить

локомотива, исключает потребность

С учетом КПД системы электроснабже-

770 циклов заряда-разряда в год. Таким

в устройствах для его экипировки во-

ния, принятого 0,85, потребление энер-

образом, срок службы ТАБ составит

дой, двигательным маслом и дизель-

гии локомотивом из энергосистемы за

6,5-9 лет при регулярном ее разряде на

ным топливом. Элементы литий-ионных

смену продолжительностью 8 часов со-

глубину 70-80%. В случае же режима ра-

батарей являются необслуживаемыми,

ставит 15,3 ГДж, или 4250 кВт∙ч.

боты с частым нахождением на электри-

а устанавливаемая на аккумуляторные

Для работающего в аналогичном

фицированных путях возможно значи-

сборки система выравнивания напря-

режиме тепловоза потери на передачу

тельное повышение допустимого числа

жения способна автоматически сигна-

и накопление энергии отсутствуют. Та-

циклов заряда-разряда с увеличением

лизировать о недопустимом снижении

ким образом, дизель-генераторная уста-

срока эксплуатации батареи. С целью

энергоемкости элементов.

новка должна выработать 11,2 ГДж энер-

достижения равномерного износа тяго-

Поскольку ТАБ комплектуется из от-

гии, что при удельном расходе топлива

вых батарей возможен ежегодный об-

дельных элементов, обеспечивается

210 г/кВт∙ч потребует 653 кг дизельного

мен локомотивов либо сборок батарей

свобода компоновки локомотива, по-

топлива.

при прохождении плановых ремонтов.

зволяющая расположить оборудование

Пусть стоимость электрической

Одним из путей сокращения стои-

наиболее рационально, исходя из кри-

энергии составляет 3 руб./кВт∙ч, а ди-

мости транспортного средства явля-

териев удобства его монтажа, эксплуа-

зельного топлива - 35 руб./кг. В этом слу-

ется сокращение емкости ТАБ за счет

тации и равномерного распределения

чае при 3-сменной работе локомотива

снижения времени автономной работы

нагрузки по осям. Возможность обе-

и среднегодовом коэффициенте его ис-

[15-17]. Так, для тепловоза ТЭМ9h гаран-

спечить круговой обзор из кабины при

пользования, равном 0,7, разность стои-

тируется автономная работа от аккуму-

изменении формы капотов локомотива,

мости электрической энергии и дизель-

ляторной батареи в течение 1 часа, что

отсутствие шума и вибраций, создавае-

ного топлива для выполнения одинако-

достаточно для решения большинства

мых дизельным двигателем, облегчают

вого объема работы составит 7,75 млн

задач, кроме ведения вывозных поездов

условия работы машиниста.

руб. в год. Стоимость элементов ТАБ, по

по неэлектрифицированным участкам

У существующих маневровых тепло-

данным [13], составляет около 50 млн

и работы на подъездных путях большой

возов ограничение силы тяги по дли-

руб. Таким образом, для окупаемости

протяженности. В то же время такое ре-

тельному току двигателей значитель-

проекта в расчетных условиях необхо-

шение увеличивает глубину разряда ТАБ

но ниже ограничения по сцеплению

димо, чтобы срок службы ТАБ составлял

и, в зависимости от условий эксплуата-

(для ТЭМ18-21 и 27 тс при скорости

не менее 7-10 лет.

ции локомотива, может существенно со-

10,5 км/ч), а скорость выхода на харак-

Важно отметить, что при режиме ра-

кратить срок ее службы. По указанным

теристику максимальной мощности

боты локомотива, не связанном с регу-

причинам значительное сокращение

низка (10,5 км/ч). Отказ от применения

лярным глубоким разрядом ТАБ, эффек-

энергоемкости ТАБ локомотива пред-

дизель-генераторной установки в ка-

тивность его применения будет суще-

ставляется нецелесообразным.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 1 2016

Выводы

7. Тепловоз ТЭМ18ДМ: руководство по экс-

20. Nykvist B., Nilsson M. Rapidly falling costs

В настоящее время является техни-

плуатации // Брянск: ЗАО УК «БМЗ», 2009.

of battery packs for electric vehicles // Nature

чески возможным создание контактно-

8. Назаров Л.С. Маневровые тепловозы

Climate Change. - 2015. - № 5. - P. 329-332. -

аккумуляторных маневровых электро-

М.: изд-во «Транспорт», 1977.

doi:10.1038/nclimate2564

возов с накопителем энергии на основе

9. Молчанов А.И., Поварков И.Л., Мугин-

литий-ионных аккумуляторов. Имеется

штейн Л.A., Попов K.M. Автоматизированная

Штанг Александр Александрович

опыт эксплуатации накопительных си-

система учета, контроля и анализа расхода

Родился в 1978 году. В 2001 году окончил Но-

стем на транспорте, значительная часть

топлива маневровыми тепловозами // Вест-

восибирский государственный технический

необходимого оборудования, включая

ник ВНИИЖТ. - 2004. - № 2. - С. 24-27.

университет по специальности

«Электри-

элементы тяговых батарей и системы

10. Никитина Е.А. Тепловозные дизели типа

ческий транспорт». Кандидат технических

управления ими, производятся в России.

Д49 // М.: изд-во «Транспорт», 1982.

наук. В 2006 году защитил диссертацию по

Основными недостатками предлага-

11. Щуров Н.И., Гурова Е.А., Макаров С.В.,

теме «Повышение эффективности электро-

емой схемы локомотива являются неко-

Стрельникова Д.М. Анализ режимов работы

транспортных систем на основе исполь-

торое ограничение области его эксплу-

силовых установок маневровых локомоти-

зования накопителей энергии». Опыт ра-

атации по возможности осуществления

вов // Современные проблемы науки и обра-

боты - 13 лет. В настоящее время работает

заряда тяговой батареи и высокая пер-

зования. - 2014. - № 3. - С. 104.

доцентом кафедры электротехнических

воначальная стоимость при сравнимой

12. Донской А.Л., Холяпин М.В., Назаров И.В.,

комплексов факультета мехатроники и ав-

с тепловозом стоимости жизненного

Молчанов А.И., Поварков И.Л., Попов К.М.

томатизации Новосибирского государствен-

цикла локомотива.

Регистратор параметров работы тепловоза //

ного технического университета. Имеет 40

В ближайшие годы по мере разви-

Железнодорожный транспорт. - 2005. - № 9.

научных публикаций.

тия транспорта и увеличения объемов

13. WB-LYP400AHA: Thunder Sky Winston

выпуска аккумуляторов можно ожидать

Energy Group Ltd

[Электронн. ресурс].

Ярославцев Михаил Викторович

снижения их стоимости. Прогнозируе-

URL:

http://en.winston-battery.com/index.

Родился в 1987 году. В 2010 году окончил Но-

мое сокращение удельной стоимости

php/products/power-battery/item/wb-

восибирский государственный технический

накопителей энергии в 1,5 раза до уров-

lyp400aha?category_id=176

университет по специальности «Электротех-

ня 250 долл./кВт∙ч [18-20] сделает стои-

14. Литий-ионные аккумуляторы: продукция

ника, электромеханика, электротехнологии».

мость жизненного цикла контактно-акку-

и цены [Электронн. ресурс]. - URL: http://

Опыт работы - 7 лет. В настоящее время ра-

муляторного маневрового электровоза,

www.liotech.ru/newsection7159

ботает ассистентом кафедры электротехни-

выполненного по предложенной схеме,

15. Ярославцев М.В. Выбор основных па-

ческих комплексов факультета мехатроники

ниже, чем у тепловоза на дизельном то-

раметров тягового привода гибридного

и автоматизации Новосибирского государ-

пливе при большинстве режимов эксплу-

транспортного средства // Электротехника.

ственного технического университета. Имеет

атации. Ожидаемое в более длительной

Энергетика. Машиностроение

(ЭЭМ-2014):

20 научных публикаций.

перспективе снижение удельной стои-

сб. науч. тр. 1 междунар. науч. конф. молодых

мости литий-ионных элементов до 150

ученых, Новосибирск, 2-6 дек. 2014 г. В 3 ч. -

Shtang Aleksandr

долл./кВт∙ч позволит им конкурировать

Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2014. - Ч. 1. Сек-

Was born in 1978. In 2001 he graduated from

и с локомотивами на газовом топливе.

ция «Электротехника». - С. 290-293.

Novosibirsk State Technical University with de-

16. Мятеж А.В., Ярославцев М.В. Определе-

gree in the «Electric transport». He is a Doctor

Литература

ние энергоемкости бортового буферного

of the Technical Sciences. In 2006 he defended a

1. Балабин В.Н., Евпаков В.В. Производство

конденсаторного накопителя энергии для

dissertation «The Improvement of the efficiency

маневровых и промышленных локомотивов:

городского электрического транспорта

of the electric transport systems based on the

проблемы развития отрасли // Транспорт Рос-

Транспорт Российской Федерации. - 2013. -

use of energy storage». He has 13 years of works

сийской Федерации. - 2012. - № 6. - С. 30-33.

№ 4 (47). - С. 62-65.

experience. At the present he works as assistant

2. Маневровый тепловоз ТЭМ19

[Элек-

17. Щуров Н.И., Ярославцев М.В. Эффектив-

professor at the Electro technical complex de-

тронн. ресурс]. - URL: http://www.ukbmz.ru/

ное использование энергии буферного на-

partment of the Mechatronics and automatiza-

production/manevrovye-teplovozy/584/

копителя гибридного транспортного сред-

tion faculty of the Novosibirsk State Technical

3. Тепловоз ТЭМ14 [Электронн. ресурс]. -

ства // Инновационные технологии и эконо-

University. He has 40 academic papers.

URL: http://www.sinara-group.com/image/ltz/

мика в машиностроении: сб. тр. 5 междунар.

TEM14.pdf

науч. - практ. конф., Юрга, 22-23 мая 2014 г. -

Yaroslavtsev Michael

4. Тепловоз ТЭМ9h [Электронн. ресурс]. -

Томск: Изд-во ТПУ, 2014. - Т. 2. - С. 312-315.

Was born in 1987. In 2010 he graduated from

URL: http://sinara-group.com/image/ltz/ŦEM9H.

18. Electric vehicle batteries are getting

Novosibirsk State Technical University with

pdf

cheaper much faster than we expected

degree in the «Electrical engineering, electro

5. TRAXX AC Last Mile

[Электронн. ре-

[Электронн. ресурс]. - URL: http://arstech-

mechanics and electrotechnologies». He has 7

сурс]. - URL: http://www.bombardier.com/en/

nica.com/science/2015/07/electric-vehicle-

years of work experience. At the present time

transportation/products-services/rail-vehicles/

batteries-are-getting-cheaper-much-faster-

he works as assistant professor at the Electro

locomotives/traxx.html

than-we-expected/

technical complex department of the Mecha-

6. Троллейбус с увеличенным автономным

19. Transitions to Alternative Vehicles and Fu-

tronics and automatization faculty of Novosi-

ходом [Электронн. ресурс]. - URL: http://www.

els

// Washington: The National Academies

birsk State Technical University. He has 20 aca-

liotech.ru/trolley

Press, 2013.

demic papers.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 1 2016

Оценка гармонических составляющих

тягового тока в системе электроснабжения

метрополитена при работе 12-пульсовых

выпрямительных агрегатов

// Estimation of the harmonic components of traction current in the metro power supply

system of underground while working of 12-pulse rectifier units //

Бадёр М.П., д. т. н., профессор,

тания двигателей ЭПС, искажается как за

Гречишников В.А., д. т. н., доцент,

счет его нелинейных элементов - пре-

Шевлюгин М.В., д. т. н., доцент,

образователя и асинхронных тяговых

Данг Вьет Фук,

двигателей, так и за счет пульсаций вы-

МГУПС (МИИТ), г. Москва

прямителей ТП, что обусловливает воз-

никновение помех различных частот.

В статье представлены результаты

The article presents simulation results of

В режиме тяги ЭПС с асинхронными

имитационного моделирования рабо-

the operation of the metro traction power

двигателями в спектре тягового тока

ты системы тягового электроснабже-

supply system with the 6-pulse and 12-pulse

появляются низкочастотная и высокоча-

ния метрополитена с 6- и 12-пульсо-

rectifiers, and the electrical rolling stock type

стотная составляющие, а также комби-

выми выпрямителями, а также с ЭПС

81-740/741 with induction motors. The

национная частота [10]. Низкочастотная

типа 81-740/741 с асинхронными дви-

model is worked out in software environ-

определяется частотой выпрямительно-

гателями. Модель разработана в про-

ment Matlab/Simulink. The aim of designed

го агрегата ТП. Высокочастотная опреде-

граммной среде Matlab/Simulink. Цель

model is to study the harmonic components

ляется частотой широтно-импульсного

разработанной модели - исследование

of traction current, which have a disturbing

регулирования амплитуды напряжения

гармонических составляющих тягового

influence on the operation of the propul-

преобразователя ЭПС, а также зависит

тока, которые оказывают мешающее

sion system of train - the signaling system

от кратности модулирующей частоты

воздействие на работу систем обе-

and automatic train signaling with Auto-

и частоты ШИМ.

спечения движения поездов СЦБ, АРС

matic speed regulation system, at the joint

Наличие входных и выходных преоб-

и АЛС, при совместном влиянии схем

influence of the converter of the electrical

разовательных агрегатов, работающих

преобразователей ЭПС и пульсаций

rolling stock and the pulse of the rectifier

в общем случае несинхронно, приводит

выпрямительных агрегатов тяговых

units of traction substations. Dependen-

к появлению в спектре тягового тока

подстанций. Получены зависимости

cies of higher harmonic currents of carrier

также комбинационных гармоник, часто-

токов высших гармоник несущих ча-

frequencies in function of time at various

ты которых зависят от режимов работы

стот в функции времени при различных

rectification circuits were obtained, the sta-

схемах выпрямления, проведены ста-

tistical processing of the received results and

преобразователей и меняются в весьма

тистическая обработка полученных

comparison with the data of experimental

широком диапазоне. Аналитический рас-

результатов и сравнение с данными

measurements were conducted.

чет столь широкого спектра комбинаци-

экспериментальных замеров.

Keywords: traction drive with induction

онных гармоник сложен. Однако такой

Ключевые слова: тяговый привод с асин-

motors, traction power supply system of

расчет необходим, так как частота тока

хронными двигателями, 12-пульсовые

underground, 12-pulse rectification circuits,

помехи при совпадении с частотой сиг-

схемы выпрямления, система тягового

12-pulse uncontrolled bridge rectifiers, har-

нального тока может привести к ложно-

электроснабжения метрополитена,

monic components of traction current, dis-

му срабатыванию систем СЦБ, АРС-АЛС.

гармонические составляющие тягового

turbing influences on the signaling system,

Однако действующие амплитуды гар-

тока, мешающие влияния на системы

automatic train signaling with Automatic

монических помех зависят от большого

СЦБ, АРС и АЛС.

speed regulation system.

числа параметров, а именно: типа вход-

ного фильтра, инвертора напряжения

Развитие транспортной инфраструк-

значительно улучшить технико-эконо-

и тяговых двигателей ЭПС, тяговой сети

туры и пассажиропотока в метрополите-

мические показатели тяговых агрегатов,

(индуктивная составляющая, тоннельные

не требует надежного электроснабжения,

повысить качество выпрямленного на-

электротехнические устройства, протя-

повышения качества электроэнергии

пряжения, улучшить электромагнитную

женность тяговой сети между ЭПС и ТП),

и обеспечения безопасности движения

совместимость электроснабжения метро-

типа выпрямительных агрегатов ТП, осо-

поездов. Проведенные теоретические

политена с устройствами СЦБ и АЛС-АРС

бенностей конструкций тоннеля и пр.

исследования показали, что переход от

[1, 2, 14, 15].

Для оценки качества электрической

6-пульсовых схем выпрямления на тяго-

Электроподвижной состав

(ЭПС)

энергии и исследования гармонических

вых подстанциях (ТП) Московского метро-

является основным потребителем элек-

составляющих тягового тока был вы-

политена, использующихся с 1961 года,

троэнергии в системе тягового электро-

бран участок СТЭ метрополитена с двух-

к 12-пульсовым с параллельным соедине-

снабжения (СТЭ) метрополитена. Тяго-

сторонним питанием и использованием

нием двух трехфазных мостов позволяет

вый ток, протекая по цепям электропи-

12-пульсовых выпрямительных агрега-

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 1 2016

Рис. 1. Принципиальная схема СТЭ метрополитена с 12-пульсовыми

преобразовательными агрегатами на ТП:

ИП_1, ИП_2 - источники питания первичной системы каждой из двух ТП

с внутренними сопротивлениями Z_ПС1и Z_ПС2 напряжением 20 кВ;

ТП_А и ТП_В - тяговые подстанции А и В;

ТТ_А, ТТ_В - тяговые трансформаторы в ТП А и В;

ТВ_А, ТВ_В - 12-пульсовые выпрямители в ТП А и В;

ZПА1 и ZПВ1 - питающие кабельные линии от ТП А и В;

ZОТА и ZОТВ - отсасывающие кабельные линии в ТП А и В;

Рис. 2. Схема 12-пульсового выпрямителя с параллельным со-

ZТС1 и ZТС2 - участки тяговой сети;

ЭПС - электроподвижной состав с асинхронными двигателями.

единением мостов без уравнительного реактора.

тов на ТП. Схема расчетного участка СТЭ

По схеме расчетного участка, пред-

соответствуют типовым устройствам,

представлена на рис. 1.

ставленной на рис. 1, в среде Matlab/

которые применяются на Московском

В качестве примера расчета рассма-

Simulink была разработана имитацион-

метрополитене

[5]. Модель каждого

тривается типовой участок фидерной

ная модель СТЭ метрополитена с ис-

12-пульсового

выпрямителя, присо-

зоны, параметры которого приведены

пользованием 6 и 12-пульсовых преоб-

единенного к тяговому трансформатору,

в таблице 1.

разовательных агрегатов на ТП для по-

выполнена в виде двух параллельно со-

Схема

12-пульсового выпрямителя,

следующего сравнения полученных ре-

единенных блоков трехфазных диодных

выполненная по параллельной схеме без

зультатов при прочих равных условиях.

мостовых выпрямителей Universal Bride

уравнительного реактора, изображена на

В модели предусмотрены все элементы

на элементах Diode типа Д163-2500 с со-

рис. 2. В этой схеме питание двух парал-

расчетного участка: два источника пи-

противлением диода в открытом состоя-

лельно соединенных со стороны выпрям-

тания внешней сети с подводящими

нии R_on= 0,097.10^-3 Ом и пороговым на-

ленного тока трехфазных мостовых схем

линиями 10 (20) кВ; две ТП с 6 (12)-пуль-

пряжением V_f = 0,85 В. Выходные порты

осуществляется от двух вентильных об-

совыми выпрямителями; питающие

каждого тягового агрегата +Ud и -Ud под-

моток трехобмоточного тягового транс-

линии и линии обратного тока; участки

ключаются к общим шинам ТП, к которым,

форматора. Вентильные обмотки имеют

тяговой сети с распределенными пара-

в свою очередь, присоединяются питаю-

различные соединения: одна - с вывода-

метрами; ЭПС, а также система монито-

щие и отсасывающие линии тяговой сети.

ми а1, b1, c1 по схеме «Треугольник», дру-

ринга и измерений показателей работы

В общей имитационной модели под-

гая - с выводами а2, b2, c2 по схеме «Звез-

СТЭ для изучения высших гармониче-

модель ЭПС, в данном случае, состоит

да». Различием в соединении вентильных

ских составляющих тягового тока [3, 4].

из 4 вагонов моделей 81-740/741, каж-

обмоток достигается сдвиг линейных на-

Все технические характеристики вы-

дый из которых имеет тяговый привод

пряжений вентильных обмоток на 30^о.

прямителя типа В-МПЕ-Д-1,6к-825 УХЛ 4

с асинхронными двигателями. В схему

силовой цепи комплекта электрообо-

Таблица 1. Параметры элементов СТЭ метрополитена

рудования тягового привода каждого

с 12-пульсовыми преобразовательными агрегатами.

вагона входит LC-фильтр, автономный

Первичная питающая сеть

Unc = 20 кВ

инвертор напряжения на IGBT-модулях

Тяговый трехфазный трехобмоточный трансформатор

с блоком PWM Generator для управле-

типа ТРСЗП 1600/20 МУЗ мощностью 1430 кВА и 12-пульсо-

Тяговый агрегат

вой выпрямитель по параллельной схеме без уравнитель-

ния инвертором с синусоидальной ши-

ного реактора типа В-МПЕ-Д-1,6к-825 УХЛ4

ротно-импульсной модуляцией, четыре

Схема питания тяговой сети

Двухстороннее питание

параллельно включенных тяговых асин-

Контактный рельс

Тип по ТУ 14-2-82-73

хронных двигателя типа ДАТЭ-170-4У2

Ходовой рельс

Р65

с номинальной мощностью по 170 кВт

ЭПС

Поезд с вагонами типа 81-740/741

каждый. Автономный инвертор с по-

Длина фидерной зоны

мощью ШИМ преобразует напряжение

2 км

питания

постоянного тока, снимаемое с контакт-

Координата ЭПС

300 м от второй тяговой подстанции ТП_В

ного рельса, в 3-фазную регулируемую

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 1 2016

а)

б)

Рис. 3. Осциллограммы напряжения на шинах ТП при имитационном моделировании:

а) 6-пульсовая схема выпрямления; б) 12-пульсовая схема выпрямления.

Рис. 4. Осциллограммы напряжения на шинах ТП при экспериментальных замерах:

а) 6-пульсовая схема выпрямления; б) 12-пульсовая схема выпрямления.

систему напряжений для питания 4 тя-

В последнее время все большее рас-

напряжения на шинах ТП). Следует от-

говых асинхронных двигателей. Частота

пространение получают цифровые изме-

метить, что форма напряжения при экс-

коммутаций ШИМ инвертора в режиме

рительные средства, которые позволяют

перименте носит несколько ломаный

тяги ЭПС составляет 2400 Гц [3, 6].

с высокой точностью и частотой произво-

характер. Это связано с шагом временной

Моделирование работы СТЭ ме-

дить замеры электрических параметров

дискретизации измерительного прибора,

трополитена с 6 (12)-пульсовыми вы-

работы устройств тягового электроснаб-

который составляет 1 мс.

прямительными агрегатами в среде

жения [7, 8] с последующим детальным

Система мониторинга и измерений

Matlab/Simulink производилось методом

статистическим анализом. Формы полу-

позволила определить гармонические

ode23tb во временной области модель-

ченных при моделировании осцилло-

составляющие тягового тока в полосе

ного времени на интервале 4-5 с, с ша-

грамм сравнивались с результатами экс-

исследуемых частот с помощью преоб-

гом не более 10^-5 c, в режиме разгона до

периментальных замеров на ТП [9, 10].

разования Фурье [11]. Пример мгновен-

заданных уровней скоростей поезда -

На рис. 3 представлены осциллограммы

ных значений токов на частотах работы

10, 20, 30, 40, 50, 60 км/ч. В данном случае

напряжений при моделировании рабо-

систем СЦБ и АЛС-АРС в функции време-

принято допущение, что на рассматри-

ты 6-пульсовых (рис. 3а) и 12-пульсовых

ни представлен на рис. 5.

ваемом интервале процесс разгона за-

(рис. 3б) выпрямителей. На рис. 4 пред-

Результаты моделирования обраба-

канчивается, и оценка тягового тока про-

ставлены аналогичные фрагменты осцил-

тывались при помощи программы, раз-

исходит на стадии, когда ЭПС двигается

лограмм, полученные при эксперимен-

работанной в среде Delphi. При анализе

с установившейся скоростью. В модели

тальных замерах. Теоретические и экс-

ток каждой гармоники из полосы иссле-

с помощью систем измерения и мони-

периментальные данные демонстрируют

дуемых частот оценивается на макси-

торинга фиксируются осциллограммы

хорошую сходимость (по периодам и ам-

мальное значение действующей вели-

напряжения на шинах ТП и тока ЭПС.

плитудам периодической составляющей

чины в скользящем окне времени 0,2 с.

Рис. 5. Гармонические составляющие тока ЭПС в функции времени по результатам моделирования.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 1 2016

Рис. 6. Столбчатая диаграмма максимальных величин действующих значений гармоник тягового тока ЭПС на несущих частотах

в процентном соотношении к нормируемым уровням по результатам моделирования работы ТП с 12-пульсовой схемой выпрямления.

центном соотношении к нормируемым

уровням по результатам моделирования

с 6- и 12-пульсовыми схемами выпрям-

ления. По обобщенным результатам мо-

делирования можно сделать вывод, что

использование 12-пульсовых схем вы-

прямления снижает уровень мешающих

влияний на системы обеспечения без-

опасности поездов в среднем на 17%.

Полученные теоретическим путем

данные по спектру гармонических со-

ставляющих тягового тока в СТЭ прове-

рялись на адекватность с помощью дан-

ных экспериментальных замеров. Для

оценки гармонического состава тягово-

Рис. 7. Максимальные величины действующих значений гармоник тягового тока

го тока замеры проводились на Филев-

на несущих частотах в процентном соотношении к нормируемым уровням

ской, Замоскворецкой и Люблинской

в зависимости от скорости ЭПС.

линиях Московского метрополитена [9,

Полученные максимумы для каждой

тяговой подстанции ТП_B при использо-

13]. Теоретические данные имитацион-

скорости движения ЭПС были отнесены

вании 12-пульсовых схем выпрямления

ного моделирования показали хорошую

к нормируемым значениям, согласно

представлены на рис. 7.

сходимость с замеренными токами гар-

методике [12], и оценивались в процент-

Подобные имитационные исследо-

моник в полосе исследуемых несущих

ном соотношении. Пример подобного

вания были проведены и для варианта

частот систем СЦБ и АЛС-АРС.

анализа для скорости ЭПС 50 км/ч изо-

расположения на ТП тяговых агрегатов

бражен на рис. 6.

с 6-пульсовыми схемами выпрямления.

Литература

Итоговые кривые процентного со-

На рис. 8 представлена сравнительная

1. Бадер М.П. Электромагнитная совмести-

отношения токов во всей полосе частот

диаграмма максимальных величин дей-

мость тягового электроснабжения с линиями

на множестве скоростей движения ЭПС

ствующих значений гармоник тягового

связи, устройствами железнодорожной авто-

от 10 до 60 км/ч в положении 0,3 км от

тока ЭПС на несущих частотах в про-

матики и питающими электросетями [Текст]:

Рис. 8. Столбчатая диаграмма максимальных величин действующих значений гармоник тягового тока ЭПС на несущих частотах

в процентном соотношении к нормируемым уровням по результатам моделирования с 6- и 12-пульсовыми схемами выпрямления.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 1 2016

диссертация на соискание ученой степени

13. Экспериментальные исследования и оцен-

«Электроэнергетика транспорта» в должно-

доктора техн. наук / Бадер Михаил Петро-

ка работы оборудования и устройств в систе-

сти профессора. Имеет свыше 120 научных

вич. - М.: МИИТ, 1999. - 495 с.

ме электроснабжения Московского метро-

трудов.

2. Двенадцатипульсовые полупроводни-

политена при питающем напряжении 20 кВ

ковые выпрямители тяговых подстанций

[Текст]: отчет о НИР; рук. Бадер М.П.; исполни-

Данг Вьет Фук

[Текст]

/ Б.С. Барковский

[и др.]; под ред.

тели: М.П. Бадер, П.Ф. Бестемьянов, Ю.М. Инь-

Родился в 1984 году. В 2009 году окончил Ир-

М.Г. Шалимова. - М.: Транспорт, 1990. - 127 с.

ков, А.И. Яковлев, В.Г. Гречишников, М.В. Шев-

кутский государственный технический уни-

3. Шевлюгин М.В. Гармонические помехи

люгин, Е.Г. Щербина. - М., 2012. - 224 с.

верситет (ИрГТУ) по специальности «Элек-

тягового тока в системе электроснабже-

14. Tzeng Y.S. Modes of operation in parallel-

трический транспорт». В настоящее время

ния метрополитена [Текст] / М.В. Шевлюгин,

connected 12-pulse uncontrolled bridge recti-

является аспирантом Московского государ-

В.Ф. Данг // Мир транспорта. - 2015. № 6. -

fiers without an interphase transformer [Текст] /

ственного университета путей сообщения

С. 28-39.

Y.S. Tzeng, N. Chen, R.N. Wu // Industrial elec-

(МИИТ) по специальности «Электрические

4. Терёхин В.Б. Моделирование систем элек-

tronics, IEEE Transactions on, - June 1997. - Vol.

станции и электроэнергетические системы».

тропривода в Simulink (Matlab 7.01): учебное

44. - № 3. - p. 344-355.

Имеет 6 научных трудов.

пособие / В.Б. Терёхин; Национальный ис-

15. Tzeng Y.S. Harmonic analysis of parallel-

следовательский Томский политехнический

connected 12-pulse uncontrolled rectifier with-

Badior Mikhail

университет. Томск: Изд-во Томского политех-

out interphase transformer [Текст] / Y.S. Tzeng //

Was born in 1947. In 1975 he has graduated from

нического университета, 2010. - 292 с.

Electric Power Applications, IEEE Proceedings, -

the Moscow State University of Railway Engi-

5. Выпрямитель В-МПЕ-Д-1,6к-825 УХЛ 4. Ру-

May 1998. - Vol. 145. - № 3. - p. 253-260.

neering (MIIT) with a specialization in «Power

ководство по эксплуатации.

supply of the electrified railway». Ph. D. in Techni-

6. Данг В.Ф. Модель вагона метрополитена

Бадёр Михаил Петрович

cal Sciences, professor. In 1999 he has defended

для исследования гармонического состава

Родился в 1947 году. В 1975 году окончил Мо-

a Ph. D. thesis on a topic «Electro-magnetic com-

тягового тока. [Текст] / В.Ф. Данг // Электро-

сковский институт инженеров транспорта

patibility in traction power supply system with

ника и электрооборудование транспорта. -

(МИИТ) по специальности

«Энергоснабже-

feeders, railway automatic equipment and sup-

2015. - № 5-6. - С. 24-27.

ние электрифицированных железных до-

ply lines». Now he is working in MIIT, head of the

7. Бадёр М.П., Гречишников В.А., Шевлю-

рог». Доктор технических наук, профессор.

Dept. «Electric power engineering of transport».

гин М.В., Король Ю.Н. Анализ показателей

В 1999 году защитил докторскую диссерта-

He has more than 300 treatises and patents.

работы силового оборудования системы

цию на тему «Электромагнитная совмести-

тягового электроснабжения ОАО «РЖД» на

мость тягового электроснабжения с линиями

Gretchishnikov Victor

основе мониторинга тяговых подстанций

связи, устройствами железнодорожной авто-

Was born in 1974. In 1996 he has graduated

в режиме реального времени. Электроника

матики и питающими электросетями». В на-

from the Moscow State University of Railway

и электрооборудование транспорта.

2011.

стоящее время работает в МИИТе, заведует

Engineering (MIIT) with specialization in «Pow-

№ 5-6. С. 5-8.

кафедрой «Электроэнергетика транспорта».

er supply of the electrified railways». Ph. D. in

8. Баранов Л.А., Бродский Ю.А., Гречишни-

Имеет более 300 научных трудов и патентов.

Technical Sciences, assistant professor. In 2014

ков В.А., Подаруев А.И., Пупынин В.Н., Шев-

he has defended a Ph. D. thesis on a topic «Mea-

люгин М.В. Оценка эффективности использо-

Гречишников Виктор Александрович

suring-analytical hardware-software protection

вания стационарных ёмкостных накопителей

Родился в 1974 году. В 1996 году окончил

and diagnostic system of the main equipment

энергии в метрополитене на основе экспери-

Московский государственный университет

of direct current traction substations». Now he

ментальных замеров показателей работы си-

путей сообщения (МИИТ) по специальности

is working in MIIT on chair «Electric power en-

стемы тягового электроснабжения. Электро-

«Энергоснабжение электрифицированных

gineering of transport». He has more than 80

техника. 2010. № 1. С. 62-65.

железных дорог». Доктор технических наук,

treatises and 3 patents.

9. Внедрение систем, обеспечивающих по-

доцент. В 2014 году защитил докторскую дис-

лезное использование тормозной энергии

сертацию на тему «Измерительно-аналитиче-

Shevliugin Maxim

ЭПС на Московском метрополитене [Текст]:

ская программно-аппаратная система защи-

Was born in 1973. In 1996 he has graduated

отчет о НИР; рук. НИР Баранов Л.А.; испол-

ты и диагностики основного оборудования

from the Moscow State University of Railway

нители: Л.А. Баранов,

В.Г. Гречишников,

тяговых подстанций постоянного тока». В на-

Engineering (MIIT) with specialization in «Power

М.В. Шевлюгин и др.; МИИТ. 2009. 397 с.

стоящее время работает в МИИТе на кафедре

supply of the electrified railways». Ph. D. in Tech-

10. Гаев Д.В. Внедрение энергосберегающих

«Электроэнергетика транспорта» в должно-

nical Sciences, assistant professor. In 2014 he

технологий

[Текст]

/ Д.В. Гаев, А.В. Ершов,

сти профессора. Имеет более 80 научных тру-

has defended a Ph. D. thesis on a topic «Energy-

Л.А. Баранов, В.А. Гречишников, М.В. Шевлю-

дов и 3 патента.

saving technologies in railway transport and

гин // Мир транспорта. - 2010. - № 3. - с. 3-7.

subway that are realized with the use of energy

11. Гречишников В.А., Подаруев А.И., Шев-

Шевлюгин Максим Валерьевич

storage system». Now he is working in MIIT on

люгин М.В., Преобразовательный агрегат

Родился в 1973 году. В 1996 году окончил

chair «Electric power engineering of transport».

ёмкостного накопителя энергии для системы

Московский государственный университет

He has more than 120 treatises.

тягового электроснабжения метрополитена.

путей сообщения (МИИТ) по специальности

Электротехника. 2011. № 5. С. 17-22.

«Энергоснабжение электрифицированных

Dang Viet Phuc

12. Оценка электромагнитной совмести-

железных дорог». Доктор технических наук,

Was born in 1984. In 2009 has graduated Irkutsk

мости путевых устройств рельсовых цепей

доцент. В

2014 году защитил докторскую

State Technical University with a specialization

систем интервального регулирования и кон-

диссертацию на тему «Энергосберегающие

in «Electric transport». Present time he is post-

троля электрооборудованием моделей ва-

технологии на железнодорожном транс-

graduated student in Moscow State University

гонов метро и их модификаций на Москов-

порте и метрополитенах, реализуемые с ис-

of Railway Engineering (MIIT) with a specializa-

ском метрополитене. Типовая методика ТМ

пользованием накопителей энергии». В на-

tion «Electric stations and Electric power sys-

318370-07071-21ЖД06-2002. - М. - 2002.

стоящее время работает в МИИТе на кафедре

tems». He has 6 treatises.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 1 2016

Простой способ энергосбережения

в тяговой сети переменного тока

// The simple way to energy savings in AC traction network //

Герман Л.А., д. т. н., профессор,

уровней напряжения на токоприемнике

Сухов М.Ю., к. т. н.,

электроподвижного состава и тяговых

Нижегородский филиал Московского государственного

подстанций.

университета путей сообщения (МИИТ),

Реализация предлагаемого рацио-

г. Нижний Новгород

нального режима напряжения на тяго-

вых подстанциях переменного тока вы-

Кишкурно К.В.,

полняется следующим образом.

МГУПС (МИИТ), г. Москва

1. Строят топографическую диа-

Муреев П.А., Куров Д.А., Фроловский А.В.,

грамму средних напряжений по плечам

Горьковская железная дорога, г. Нижний Новгород

питания тяговых подстанций рассматри-

В статье рассматривается способ

The article discusses the way to save energy

ваемого участка по данным автоматизи-

экономии энергии путем выравнивания

by balancing the voltage at substations that

рованной системы коммерческо-техни-

напряжения на подстанциях, питаю-

feed one feeding zone by constructing a

ческого учета электроэнергии (АСКУЭ)

щих одну межподстанционную зону, при

topographic diagram of middle voltage and

за неделю.

помощи построения топографической

its optimization by regulating voltage using

2. Корректируют топографическую

диаграммы средних напряжений и ее

transformers with OLTC and check on/off

диаграмму с целью получения одинако-

оптимизации путем регулирования на-

а parallel var compensation and longitude

вых СРЕДНИХ напряжений на одноимен-

пряжения устройством УРПН и включе-

var compensation.

ных фазах смежных подстанций и жела-

нием/отключением установок КУ и УПК.

Keywords: economy, OLTC, longitude var

тельного уровня напряжения в тяговой

Ключевые слова: экономия, УРПН, УПК,

compensation, middle voltage, topographic

сети с использованием УРПН трансфор-

среднее напряжение, топографическая

diagram, dispersion.

маторов.

диаграмма, дисперсия.

3. При больших значениях разности

напряжений отстающей и опережаю-

Проблема снижения потерь элек-

Указанное не запрещает дополни-

щей фаз используют установки попереч-

троэнергии в тяговой сети переменного

тельные дистанционные переключения

ной (КУ) и продольной (УПК) емкостных

тока от уравнительного тока известна

УРПН оперативным персоналом в зави-

компенсаций для снижения несимме-

давно, но, к сожалению, эффективного

симости от изменения поездной обста-

трии напряжения.

решения для практического примене-

новки и режима напряжения.

4. Полученную топографическую диа-

ния пока не найдено. Главные причи-

Требований равенства напряжений

грамму реализуют на действующем участ-

ны - постоянно изменяющийся уровень

на одноименных фазах смежных под-

ке электроснабжения.

и несимметрия напряжения тяговых

станций для снижения уравнительно-

Рассмотрим более подробно алго-

подстанций.

го тока в нормативных документах нет

ритм расчета и установки рациональ-

В настоящее время на отечествен-

и, как правило, в действительности эти

ного режима напряжения на действую-

ных железных дорогах переменного

напряжения не равны.

щем участке электроснабжения. Прежде

тока отсутствует автоматическое ре-

Предлагается способ рационально-

всего рассчитаем зависимость потерь

гулирование напряжения, и на всех

го режима напряжения в тяговой сети,

электроэнергии от среднего значения

трансформаторах тяговых подстанций

снижающего потери электроэнергии,

уравнительного тока.

устанавливается положение регулятора

отличающийся тем, что к существующим

напряжения трансформатора (переклю-

вышеуказанным требованиям установ-

Потери электроэнергии

чателя УРПН), позволяющее выдержи-

ки соответствующих положений пере-

от уравнительного тока

вать нормативы по уровням предель-

ключателя УРПН добавляется требо-

На отечественных железных доро-

ных значений максимального и мини-

вание равенства средних напряжений

гах принято двустороннее питание тя-

мального напряжений на шинах 27,5 кВ,

одноименных фаз напряжения смежных

говой сети, и тяговая нагрузка получает

а также на токоприемнике электропод-

подстанций.

питание, как правило, от двух тяговых

вижного состава (ЭПС), одновременно

Таким образом, решается задача

подстанций. Это в определенной мере

на токоприемнике ЭПС устанавливается

минимизации потерь электроэнергии

повышает надежность электроснабже-

желательное напряжение, близкое к но-

в тяговой сети от уравнительных токов

ния электроподвижного состава (ЭПС)

минальному 25 кВ.

при соблюдении условия допустимых

и ведет к лучшему использованию кон-

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 1 2016

Рис. 1. Режим напряжения на тяговой подстанции переменного тока (опережающая - зеленая, красная - отстающая). По оси ординат -

напряжение вторичной обмотки ТН - 27,5 кВ).

тактных подвесок. Однако при двусто-

Рациональный режим

станциях [4]. Однако реализовать его

роннем питании появляется переток

напряжения

по сети железных дорог переменного

мощности (уравнительный ток) по тяго-

При рациональном режиме напря-

тока в те годы было затруднительно

вой сети, что приводит к дополнитель-

жения тяговой сети переменного тока

в связи с отсутствием информационной

ным потерям напряжения и энергии,

с двусторонним питанием устанавлива-

базы по режиму напряжения. В настоя-

а в ряде случаев - к перегрузке транс-

ют равенство напряжений по одноимен-

щее время введенная по сети железных

форматоров.

ным фазам смежных подстанций с це-

дорог система АСКУЭ определяет на-

Потери электроэнергии в тяговой

лью снижения перетоков мощности по

пряжения по плечам питания за любой

сети от уравнительного тока составят [1]

контактной сети. Указанный режим на-

период времени (с измерениями через

пряжения известен давно, в частности,

каждые 30 мин). Конечно, для повыше-

∆Р = Iу_кв2∙Rтс = [Iу_ср2 + D(Iу)]∙Rтс, (1)

в контактной сети постоянного тока он

ния точности принятия решения жела-

выполняется с помощью трансформа-

тельно период измерения уменьшить,

где Iу_кв, Iу_ср

- среднеквадратичное и

торов с бесконтактным регулированием

например, до 0,5-1 мин, что следует

среднее значения уравнительного тока;

[2]. Приведенный график напряжения

учесть в дальнейшем.

D(Iу) - дисперсия уравнительного

по фазам за 20 суток тяговой подстан-

В тяговой сети переменного тока вы-

тока;

ции переменного тока также доказыва-

полнить равенство напряжений на смеж-

Rтс - активное сопротивление тяго-

ет, что стабилизация напряжения может

ных подстанциях достаточно сложно

вой сети.

осуществляться только при бесконтакт-

из-за постоянно изменяющегося уровня

Значение Iу_ср определяется раз-

ном регулировании, что еще не разра-

и несимметрии напряжения на шинах

ностью средних напряжений одно-

ботано для тягового электроснабжения

27,5 кВ тяговых подстанций [6]. Поэтому

именных фаз смежных подстанций.

переменного тока.

с учетом существующей аппаратуры на

Значение D(Iу) определяется суммой

Рассмотрим характеристику при-

тяговых подстанциях решено выполнять

дисперсий напряжения этих же фаз

веденного напряжения. Минимальные

равенство напряжений не по мгновен-

смежных подстанций. В среднем значе-

и максимальные напряжения соответ-

ным значениям, а по СРЕДНИМ значени-

ния Iу_ср2 и D(Iу) примерно равные, при

ственно равны 25,5 и 30 кВ при среднем

ям напряжения. Это значит, что равен-

этом значение D(Iу) уменьшается при

напряжении 27,8 кВ, что свидетельствует

ство средних напряжений достаточно

увеличении мощности короткого за-

о необходимости регулирования напря-

выполнить путем правильного подбора

мыкания на шинах 110 (220) кВ тяговой

жения. Причем длительность наиболь-

положения переключателей УРПН транс-

подстанции.

ших напряжений составляет 10…20 мин,

форматоров на смежных подстанциях.

Принимая, что напряжения смежных

cреднеквадратичное отклонение напря-

Тем самым будем уменьшать потери

подстанций независимы, среднее значе-

жения на этой подстанции - 733 В (для

мощности в связи с уменьшением сред-

ние уравнительного тока равно

сравнения: на ближних от районной

него значения уравнительного тока.

подстанции - 400 В). Важно указать, как

Оставшиеся потери мощности от

Iу_ср = (U1_ср - U2_ср) / Zтс,

(2)

видно на рис. 1, что наибольшие и наи-

уравнительного тока, определяемые

где U1_ср и U2_ср - средние напряжения

меньшие напряжения могут быть как

дисперсией уравнительного тока

(1),

одноименных фаз смежных подстанций

на опережающей, так и на отстающей

в дальнейшем можно снижать, исполь-

№ 1 и 2.

фазах, что объясняется приходящей не-

зуя автоматику регулирования напря-

Для снижения Iу_ср достаточно,

симметрией напряжения по ЛЭП-110 кВ.

жения. В связи с постоянным изменени-

в частности, отрегулировать положения

В 1983 году на дороги поступила

ем тяговой нагрузки и, следовательно,

переключателя УРПН.

техническая информация [3], разрабо-

напряжения на шинах 27,5 кВ в общем

Для снижения D(Iу) необходимо

танная на основании опыта Горьков-

случае необходимо регулирование на-

вводить регулирование напряжения на

ской железной дороги, по уравниванию

пряжения. Но заводской ресурс ком-

шинах 27,5 кВ.

средних напряжений на смежных под-

мутационной аппаратуры устройств

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 1 2016

регулирования УРПН трансформатора

Измерения напряжения

ветствующего положения УРПН транс-

(до недавнего срока он был 100 тыс. пе-

на тяговой подстанции

форматора определяется неделей по

реключений) ограничивает возможно-

За многие десятилетия сложилась си-

следующим причинам. Во-первых, по

сти регулирования. Однако ресурс со-

туация по измерениям постоянно изменя-

новому ГОСТ 32144-2013, длительность

временных УРПН - 500 тыс. переключе-

ющегося напряжения на тяговой подстан-

измерений нормируется неделей. Во-

ний. Это значит, что если в сутки будет 20

ции, когда эксплуатационный персонал

вторых, и это главное, график движения

переключений УРПН, то ресурс израсхо-

оценивает напряжение по эпизодическо-

поездов придерживается недельной пе-

дуется через 70 лет. Это свидетельствует

му контролю стрелочного вольтметра на

риодичности, для пассажирских поездов

о том, что среднесуточное число пере-

щитовой тяговой подстанции. С введени-

это как закон, а для грузовых - откло-

ключений УРПН - 20 - вполне допусти-

ем системы АСКУЭ возможно расширение

нения в суточном графике движения от

мо для новых трансформаторов. Опыт

измерения характеристик напряжения.

планового, конечно, имеются, но в сред-

Горьковской железной дороги - тому

На наш взгляд, следует определять следу-

нем за неделю среднее значение напря-

подтверждение [6]. Многолетний опыт

ющие характеристики напряжения:

жения стабилизируется. Еще более ста-

использования регулируемых УРПН на

• среднее напряжение в сутки (не-

бильны средние напряжения за месяц.

Горьковской железной дороге указыва-

делю, месяц);

ет на необходимость прежде всего вы-

• среднеквадратичное отклонение

Порядок построения

полнять переключения УРПН в зависи-

(дисперсию) за этот же период;

и оптимизации

мости от режима напряжения в системе

• максимальное одноминутное (29

топографической диаграммы

внешнего электроснабжения, то есть

(28) кВ) с вероятностью 95%;

Для построения топографической

выполнять переключения при переходе

• минимальное одноминутное

(21

диаграммы приняты обобщенные ис-

работы энергосистемы от минимально-

(24) кВ) с вероятностью 95%.

ходные данные по многолетнему опыту

го к максимальному режиму и наоборот.

Указанные характеристики следует

контроля режима напряжения на дей-

Для этого задержку на переключение

вводить в интранет для использования

ствующих участках тягового электро-

УРПН в схеме автоматики следует вы-

эксплуатационным персоналом. При-

снабжения. Принятый электрифициро-

полнить в 10…15 мин и более. В этом

чем, по всей видимости, целесообразно

ванный участок системы 25 кВ по удель-

случае среднесуточное число переклю-

принять период усреднения напряже-

ному электропотреблению относится

чений - 6…10 - вполне достаточно для

ния (сутки, неделя, месяц) и его средне-

к первой категории. Средние токи по

обеспечения надежной работы УРПН.

квадратичного отклонения (дисперсии)

плечам питания - 150-250 А. Тяговые

Интересен опыт Северной железной

скользящим. По среднему напряжению

подстанции подключены к двухцепной

дороги по диспетчерскому регулиро-

можно определять, например, правиль-

ЛЭП-110 кВ.

ванию УРПН [5], где модернизировали

ность установки положения УРПН, а при

На основании измерений средних

программное обеспечение системы те-

повышенной дисперсии

- необходи-

напряжений за неделю (месяц) на тя-

лемеханики АСТМУ. Теперь у энергоди-

мость введения регулирования напря-

говых подстанциях ТП П1-П5 строится

спетчера есть постоянная информация

жения на той или иной подстанции.

исходная топографическая диаграмма

по напряжению плеч питания подстан-

Что касается минимальных и макси-

(рис. 2) с соблюдением отстающей (от)

ций и в середине фидерной зоны между

мальных значений напряжения, то при

и опережающей (оп) фаз тяговых под-

тяговыми подстанциями с постом секци-

достижении ими предельных значений

станций. Как видно (таблица 1, первая

онирования, и по уровням напряжения

следует фиксировать время для после-

строка), разность напряжений между

и поездной обстановке он переключает

дующего разбора причин выхода напря-

одноименными фазами составляет 380-

УРПН по телеуправлению. Несомненно,

жения за допустимые значения.

800 В. Это приводит к значительным

эта полезная информация может быть

Как правило, длительность измере-

перетокам мощности по тяговой сети.

использована и на других дорогах.

ний напряжения для усреднения соот-

Для уменьшения указанной разности

Таблица 1. Средние напряжения исходной и оптимизированной топографических диаграмм.

П1,

П2,

Положение

Δ U,

П3, кВ

Δ U,

П4, кВ

Δ U,

П5, кВ

кВ

УРПН и КУ

oп - от

от - оп

оп - от

Средние напряжения

27,14-26,97

800

27,77-27,66

380

28,04-27,73

480

27,25-27,69

560

27,13-27,48

до оптимизации

РПН

(+2)*

(0)*

(-1)*

(0)

КУ

(-)

(+1 КУ)*

Средние напряжения

27,94-27,74

27,77-27,66

27,64-27,33

27,25-27,69

27,63-27,66

после оптимизации

Обозначения в таблице:

(0)* - положение переключателя РПН не меняется;

(-1)* - переключатель РПН изменяет свое положение на единицу и увеличивает коэффициент трансформации на 1,78% (то есть

напряжение на шинах 27,5 кВ понижается);

(+2)* - переключатель РПН изменяет свое положение на две единицы и уменьшает коэффициент трансформации на 2 х 1,78

(то есть напряжение на шинах 27,5 кВ повышается);

(+1 КУ)* - включено КУ на отстающую фазу, напряжение повышается на 0,5 кВ;

(-) - КУ отключено.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 1 2016

рым приближением, используя расчеты

по приложению, определим экономиче-

ский эффект от снижения потерь элек-

троэнергии:

ΔЭ = 180 х 2 + 180 х 2 =

= 720 тыс. руб.

Таким образом, по рассматриваемо-

му примеру путем введения рациональ-

ного режима потери электроэнергии от

снижения уравнительного тока на участ-

ке с четырьмя межподстанционными зо-

нами снижаются на 720 тыс. руб.

Применение рассматриваемого раци-

онального режима возможно на электри-

фицированных участках всех железных

дорог с двусторонним режимом пита-

ния контактной сети. Целесообразность

его применения определяется тем, что

Рис. 2. Исходная и оптимизированная топографические диаграммы средних напряжений.

этот способ снижения потерь мощности

выполняются следующие технические

ным применить ограниченное ступенча-

практически беззатратный. Примерно

решения.

тое регулирование напряжения (до 10

10% всех межподстанционных зон оте

1. На ТП П1 с помощью УРПН повы-

переключений в сутки) путем отключе-

чественных железных дорог работают

шается напряжение (УРПН переключает-

ния/включения КУ, то есть перевести их

раздельно по контактной сети из-за со-

ся на 2 положения).

в режим отключаемых КУ. За длительный

ответствующих разделов питания по си-

2. На ТП П3 с помощью УРПН пони-

период эксплуатации КУ выяснено, что

стеме внешнего электроснабжения 110

жается напряжение (УРПН переключает-

главная причина необходимости пере-

(220) кВ. Для этих участков должны быть

ся на одно положение).

ключения КУ (особенно на постах секцио-

разработаны другие принципы рацио-

3. На ТП П5 включается КУ на отста-

нирования) - повышение напряжения до

нальных режимов напряжения.

ющую фазу, на этой подстанции КУ нахо-

29 кВ и выше при снижении (и даже при

дится в стадии модернизации.

отсутствии) тяговой нагрузки. Отключа-

Расчет обобщенного

Принимаем, что при переключении

емые КУ решают эту проблему. В частно-

экономического эффекта

РПН на одно положение напряжение из-

сти, отключаемая КУ установлена на тя-

Расчет выполним для двухпутно-

меняется на 0,4 кВ.

говой подстанции Буреполом (П5) Горь-

го участка с параметрами контакт-

В результате расчетов оптимизиро-

ковской железной дороги, управление

ной подвески

[7] z

0,301 Ом/км

ванной диаграммы средних напряжений

которой осуществляет энергодиспетчер

и r = 0,117 Ом/км. Тогда для межпод-

с указанными техническими решениями

(диспетчерское регулирование) в связи

станционной зоны в 45-55 км сопро-

(таблица 1, строка 4) разность средних

с частыми переключениями ЛЭП-110 кВ,

тивление равно Z = (45-55) х 0,301 =

напряжений между подстанциями сни-

питающей эту подстанцию.

13,5…16,55 Ом, R = (45-55) х 0,117 =

зилась до 20-30 В, что эффективно сни-

По опыту на Горьковской железной

5,25… .6,43 Ом.

жает уравнительные токи. Результирую-

дороге известно, что УПК - самое эффек-

При необходимости изменения по-

щая диаграмма представлена на рис. 2.

тивное средство стабилизации и симме-

ложения переключателя на одно поло-

В рассматриваемой диаграмме

трирования напряжения, что подтверж-

жение уравнительный ток изменится на

«перекосы» напряжения по фазам (раз-

дено опытом эксплуатации за многие

Iур = (350… 489) / (13,5…16,55) =

ность напряжений отстающей и опе-

десятилетия. В частности, УПК на Горь-

= 21,15… 36,22 А,

режающей фаз) не превосходили 300-

ковской железной дороге установлены

400 В. Однако при увеличении тяговых

на тяговых подстанциях Лянгасово, Иго-

где 350…… 490 В - изменение напря-

нагрузок

«перекос» увеличивается.

тино и Ацвеж.

жения при переключении УРПН на одно

В этом случае необходимо применять

положение.

установки поперечной (КУ) и продоль-

Расчет экономического эффекта

В этом случае при изменении по-

ной (УПК) емкостных компенсаций [8,

По результатам расчета на рассма-

ложения переключателя на одно поло-

9]. Если ток КУ равен току нагрузки в от-

триваемом участке уравнительный

жение потери мощности снижаются на

стающей фазе, то средние напряжения

ток уменьшается на одной зоне путем

каждой межподстанционной зоне на

отстающей и опережающей фаз вырав-

переключения УРПН на два положе-

∆Р = (21,15² х 6,43… 36,22²х 5,25) =

ниваются. При увеличении мощности КУ

ния (на 800 В) и на одно положение

= 2876… .6887 Вт,

среднее напряжение отстающей фазы

(на 400 В) - на двух последних зонах.

а годовые потери электроэнергии сни-

может превосходить напряжение опе-

Кроме того, с помощью включения КУ на

жаются на

режающей.

одной зоне уменьшился уравнительный

С применением в КУ пусковых

ток при снижении разности напряжений

∆W =(2876… .6887)∙10^-3∙ 8760∙10-³ =

устройств на резисторе [8] стало возмож-

между подстанциями на 500 В. С некото-

= 25,19 …60,33 тыс. кВт. ч.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 1 2016

и практика совершенствования режима

системы тягового электроснабжения пере-

менного тока с установками емкостной ком-

пенсации». Доктор технических наук, про-

фессор кафедры «Электрификация и элек-

троснабжение» Нижегородского филиала

Московского государственного университе-

та путей сообщения. Является членом-кор-

респондентом Российской Академии транс-

порта. Автор более 350 научных трудов, 70

изобретений и патентов. Имеет 2 правитель-

ственные награды.

Сухов Михаил Юрьевич

Родился в 1937 году. В 1986 году окончил

Горьковский политехнический институт по

специальности «Инженер-электрик». Канди-

дат технических наук. В 1999 году защитил

диссертацию по теме «Регулирование на-

пряжения в тяговой сети переменного тока».

Рис. 3. График экономии электроэнергии.

Опыт работы - 28 лет. В настоящее время ра-

Тогда годовая стоимость снижения

Литература

ботает доцентом в Нижегородском филиале

потерь энергии на каждой межподстан-

1. Герман Л.А., Серебряков А.С. Регулируемые

МИИТ. Имеет 20 статей, 1 патент.

ционной зоне составит

установки емкостной компенсации в систе-

мах тягового электроснабжения железных до-

Кишкурно Константин Вячеславович

∆Э = 21,19… 60,33 ∙3 = 75,58….

рог. Монография. М.: РОАТ-МИИТ, 2012, 211 с.

Родился в 1991 году. В 2012 году окончил

180,99 тыс. руб.,

2. Аржанников Б.А. Тяговое электроснабже-

МГУПС (МИИТ) по специальности «Электро-

где 3 руб./кВт. ч - стоимость электро-

ние постоянного тока скоростного и тяже-

снабжение железных дорог». В настоящее

энергии.

ловесного движения: монография. Екатерин-

время является аспирантом кафедры «Энер-

Если же для уменьшения уравни-

бург: Изд-во УрГУПС, 2012, - 207 с.

госнабжение электрических железных до-

тельного тока необходимо переключить

3. Информация

№ П-159/83 от

07.12.1983

рог» Московского государственного уни-

две позиции переключателя, то указан-

№ ЦЭТ-20. Оптимизация режимов тяговых

верситета путей сообщения. Имеет 4 статьи,

ные потери электроэнергии и стоимость

подстанций переменного тока. ЦЭ МПС.

1 патент.

возрастают в два раза (рис. 3).

4. А.С. 1359853. Способ снижения уравнитель-

На основании полученных данных

ных токов в тяговой сети (Герман Л.А.). Опубл.

Муреев Павел Анатольевич

выполним ориентировочный расчет

15.12.87. Бюлл. № 46.

Родился в 1971 году. В 2008 году окончил

снижения потерь электроэнергии и сто-

5. Росляков Ю.А. Электроснабженцы - лауре-

Нижегородский филиал МИИТ по специаль-

имости потерь для Горьковской желез-

аты конкурса «Бережливое производство».

ности «Инженер путей сообщения». Опыт ра-

ной дороги.

Локомотив, № 3-2015, с. 40-42.

боты - более 20 лет. В настоящее время рабо-

Для расчета принимаем:

6. Герман Л.А., Попов Д.С., Кишкурно К.В. Эф-

тает заместителем начальника Горьковской

• на дороге 9 дистанций электро-

фективный способ ресурсосбережения в тя-

дистанции электроснабжения по тяговым

снабжения;

говой сети переменного тока. Железнодо-

подстанциям. Автор 1 статьи.

• на каждой дистанции электроснаб-

рожный транспорт, № 12-2014 г.

жения в среднем 6 межподстанционных

7. Руководящие указания по релейной защи-

Куров Дмитрий Александрович

зон, и на двух из них изменяем положе-

те систем тягового электроснабжения. М. ЦЭ

Родился в 1960 году. В 2012 году окончил

ние переключателя УРПН, причем на

ОАО «РЖД». М.: «Трансиздат», 2005. - 216 с.

МГУПС (МИИТ) по специальности «Инженер

одной зоне - на одно положение, а на

Бородулин Б.М., Герман Л.А., Никола-

путей сообщения». Опыт работы - 33 года.

другой - на два положения.

ев Г.А. Конденсаторные установки электри-

В настоящее время работает начальником

Тогда

фицированных железных дорог. М.: Транс-

ремонтно-ревизионного участка Горьков-

∆ Э = 9х (75,58… 180,99) (1 + 2) =

порт, 1983. 183 с.

ской дистанции электроснабжения. Имеет 3

= 2040,7 … 4886,7 тыс. руб. ≈

9. Герман Л.А., Новиков Е.В., Кишкурно К.В.,

статьи, 3 патента.

≈ 2…4,9 млн руб.

Петров Д.В. «Сравнительная оценка способов

Таким образом, при введении рацио-

симметрирования…». ЭЭТ № 4-2015, с. 2-7.

Фроловский Сергей Владимирович

нального режима напряжения в тяговой

Родился в 1969 году. Окончил Нижегородский

сети переменного тока на всех участках

Герман Леонид Абрамович

политехнический институт по специальности

Горьковской железной дороги можно

Родился в 1937 году. Окончил Московский

«Инженер-кораблестроитель». Опыт рабо-

ожидать снижения потерь электроэнер-

институт инженеров транспорта (МИИТ) по

ты - 18 лет. В настоящее время работает стар-

гии стоимостью в 2… 4,9 млн руб., что

специальности

«Инженер путей сообще-

шим электромехаником Дорожной электро-

соответствует экономии электроэнер-

ния - электромеханик» (1959 г.). Защитил

технической лаборатории (ДЭЛ) Горьковской

гии в 220-540 тыс. кВт. ч.

докторскую диссертацию по теме «Теория

железной дороги. Автор 2 статей.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 1 2016

German Leonid

Technical Sciences. In 1999 he defended a the-

as deputy director of Gorky electric power sup-

Was born in 1937. He has graduated Moscow In-

sis in the subject «Voltage control in alternating

ply section for traction substations. He is an au-

stitute of Transport Engineers by specialty «Engi-

current electric traction network». His work ex-

thor of 1 article.

neer routes - electrician» (1959). He has defend-

perience is 28 years. At present he works as as-

ed the dissertation by the theme «Theory and

sociate professor in Nizhny Novgorod affiliate of

Kurov Dmitriy

practice of improving treatment system traction

MIIT. He has 20 articles, 1 patent.

Was born in 1960. In 2012 he graduated from

below the AC power plants with capacitive com-

MGUPS (MIIT) with specialization in «Railway

pensation». He is a Doctor of Technical Sciences,

Kishkurno Konstantin

engineer». His work experience is 33 years. At

Professor of dept. «Electrification and Utilities»

Was born in 1991. In 2012 he graduated from

present he works as head of the repair-revisory

at The Nizhny Novgorod branch of the Russian

Moscow State of Railway University (MIIT), spe-

division of Gorky electric power supply section.

State University of Transport Communications.

ciality is «Railway roads power supply». At pres-

He has 3 articles, 3 patents.

He is a corresponding member of the Academy

ent he is an advanced student of «Electric rail-

of Transport of the Russian Federation. Author

way roads power supply» chair of Moscow State

Frolovskiy Sergey

of more than 350 scientific works, 70 inventions

of Railway University. He has 4 articles, 1 patent.

Was born in 1969. In 2012 he graduated from

and patents. Has 2 government awards.

Nizhny Novgorod State Technical University

Mureyev Pavel

with specialization in «Naval constructor». His

Sukhov Michael

Was born in 1971. In 2008 he graduated from

work experience is 18 years. At present he works

Was born in 1937. In 1986 he graduated from

Nizhny Novgorod affiliate of MIIT with special-

as senior electrician of the Road electrical labo-

Gorky Polytechnic Institute with specialization

ization in «Railway engineer». His work experi-

ratory (REL) of Gorky railroad. He is an author of

in «Electrical engineer». He is a Candidate of

ence is more than 20 years. At present he works

2 articles.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 1 2016

Исследование износа изоляции

ТЭМ локомотивов, эксплуатируемых

в сложных природно-климатических

условиях

// Network switching rectifier-inverter converter, depending on the parameters

of the contact network and the number of sections of a locomotive //

Попов Ю.И.

После решения системы уравнений и пре-

ПКБ ЦТ, г. Москва

образований установившееся значение

превышения обмотки якоря составит

В статье приведены методики расче-

The article presents the methods of calcula-

+τ

(

−1)

та теплового и термомеханического

tion of thermal and thermo-mechanical

к к

τy =

(3)

износов изоляции ТЭМ локомотивов,

wear of traction electric machine insulation

1−ατ

(

−1)

к к

эксплуатируемых на участках железных

for locomotives operating on track sections

где τ_н и τ_к - превышение температу-

дорог со сложными природно-клима-

with complicated climate conditions. It gives

ры обмотки в номинальном режиме

тическими условиями (СПКУ). Пред-

the results of the study of thermo-mechani-

и в опыте короткого замыкания; к_i = I_i/I_н.

ставлены результаты исследования

cal wear of the insulation of traction electric

В номинальном режиме

термомеханического износа изоляции,

machine with impregnated and non-im-

обусловленного снижением ее упругости

pregnated winding, caused by a decrease of

=ΔР

ΔР

(4)

с.н

м.н

при низких температуре и абсолютной

isolation elasticity due to low temperatures

где ΔР_с.н. и ΔР_м.н. - номинальные потери

влажности воздуха при пропитанных

and absolute air humidity.

в стали и меди якоря ТЭМ, Вт; А - эквива-

и непропитанных обмотках ТЭМ.

Keywords: locomotive, electric traction

лентная теплоотдача обмотки, Дж/с⋅ºС.

Ключевые слова: локомотив, тяговая

machine, insulation, thermal wear, thermo-

В опыте короткого замыкания

электрическая машина, изоляция, те-

mechanical wear.

пловой износ, термомеханический износ.

ΔР

(5)

м.н

Р₁₀(1 + ατ₁)dt =

Решая совместно уравнения (4) и (5),

Анализ безотказности ТЭМ локомо-

= С₁dτ₁+Л₁τ₁dt+Л₁₂(τ₁ - τ₂)dt;

(1)

находим

тивов, эксплуатируемых в сложных при-

родно-климатических условиях, свиде-

/1+ а

(6)

к τ

P₂dt + Л₁₂(τ₁ - τ₂)dt =

тельствует о существенной доле тепло-

где α = ΔР_с.н./ΔР_м.н..

= C₂dτ₂ + Л₂τ₂dt,

(2)

вого старения в износе их изоляции

Подставив выражение (6) в уравне-

[1-3]. Это указывает на необходимость

где τ₁ и τ₂ - превышения температуры

ние (3), получим

определения скорости и величины из-

обмотки и стали над температурой окру-

носа изоляции для установления срока

жающей среды, ºС; α - температурный

=τ

(7)

+1−ατ

(к

−1)

ее службы. Используя методику опреде-

коэффициент сопротивления материала

ления теплового старения асинхронных

проводника обмотки, 1/ ºС.

Тепловой износ изоляции якоря ТЭМ

двигателей, основанную на зависимости

на i-м участке:

скорости химических реакций изоляции

от температуры Вант-Гоффа и Аррениу-

са, можно якорь ТЭМ с точки зрения его

(8)

нагрева рассматривать как систему двух

тел - обмотки и стали (рис. 1). Тела 1 и 2

где В - постоянный коэффициент,

(обмотка и сталь) обладают теплоем-

характеризующий

способность

костью С₁ и С₂ и связаны между собой

молекул изоляции к химическому

тепловой проводимостью Л₁₂, а с окру-

взаимодействию, К; Θ_н - предель-

жающей средой - Л₁ и Л₂. В теле 1 выде-

но допустимая температура клас-

ляются потери Р₁, в теле 2 - Р₂. Предпо-

са нагревостойкости изоляции, К;

лагается, что теплоемкость и тепловая

ϑ_ср

- температура окружающей

проводимость не зависят от температу-

среды, ⁰С; τ_yi - установившееся пре-

ры, теплоемкость окружающей среды

вышение температуры обмотки

С_ср равна бесконечности, температура

якоря над температурой окружаю-

окружающей среды ϑ_ср постоянна.

щей среды на i-м участке, ⁰С; ∆τ_вi -

Составим уравнения теплового ба-

среднее превышение температуры

ланса для каждого тела обмотки (тело 1)

вентилирующего воздуха над тем-

и стали (тело 2):

пературой окружающей среды на

Рис. 1. Тепловая схема замещения якоря ТЭМ.

i-м участке, ⁰С.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 1 2016

Суммарный тепловой износ изоля-

Запишем выражение для средней

енты. Упростим, приняв θ_δ = θ_ср, то есть

ции якоря ТЭМ:

скорости старения изоляции при конеч-

рассмотрим разложение d(θ) относи-

ном числе уровней температуры в виде

тельно средней температуры θ_cр, и огра-

Σ=

∑Di.

(9)

ничимся лишь членом второго поряд-

∑Δti



Режимы работы тяговых электри-





ка. Учитывая при интегрировании, что

∑

(11)

ческих машин таковы, что температура

ср





∞

(

)

^∞ f

dθ

=1;

θf





∫

(θ)

∫

(θ)

ср

изоляции в процессе работы не остается

постоянной. При анализе влияния пере-

где к - число одинаковых уровней тем-

получаем

менной температуры на срок службы

пературы θ_i в цикле.

+σ θ}

2к

(15)

ср

(

ср

)(

)

изоляции удобно ввести в рассмотре-

Отношение, записанное в скобках

ние величину, обратную сроку службы, -





∞

в (11) [обозначим его

∑Δti

σ2 θ

θ −θ

θ d





где

∫

(

ср

)

скорость старения изоляции при дан-





ной температуре d(θ) = 1/T(θ). Примем

есть относительная доля времени в ци-

средний квадрат отклонения температу-

допущение о том, что скорость старения

кле с уровнем температуры θ_i. Если

ры от среднего значения.

изоляции определяется температурой

изменения температуры непрерыв-

Неучет при интегрировании членов

только в данный момент.

ны, то можно использовать функцию

начиная с четвертого вносит, естествен-

Средняя скорость старения изо-

плотности значений pi , то есть f(θ).

но, погрешность в оценку dср , но в худ-

ляции d_ср оказывается выше, чем она

При этом относительное время пре-

шем случае погрешность не превышает

была бы при неизменной температуре

бывания θ(t) в интервале θ_i+dθ есть

0,05. Итак, средняя скорость старения

θ = θ_ср. Это связано с тем, что при по-

p_i= f(θ)dθ. Так как

∑∑Δt

iк

, то

изоляции при принятых условиях опре-

max

ложительном отклонении температуры

деляется средним значением темпера-

∑

∫

(θ)

dθ

=1.

от средней на отдельных участках ско-

min

туры θ_cр и характеристикой отклонения

рость старения возрастает больше, чем

Используя характеристики процес-

температуры от средней - средним ква-

снижается при таком же отклонении

са p_i(θ) и f(θ_i), с помощью которых ком

дратом отклонения температуры от сред-

температуры от θ_ср.

пактнее выражаются средние значения,

него значения. Важно заметить здесь, что

Средняя скорость старения изоля-

запишем d_ср в виде

если ограничить число членов в разложе-

ции является удобным показателем, до-

нии не тремя, как было сделано, а двумя,

ср

∑

(

)

(12)

статочно точно характеризующим дан-

(

)

то есть принять линейность зависимости

ный температурный режим.

dθ в окрестности точки θ= θ_cр, то получим

∞

Действительно, принимая во внима-

для непрерывных:d

(θ)

(θ )

ср

∫

dср = d(θcр)^{. Теряется возможность учета}

−∞

(

)

ние, что периоды колебаний темпера-

влияния колебаний температуры на ско-

туры намного (на пять-шесть порядков)

Примем в качестве аппроксимиру-

рость старения изоляции. Пренебреже-

меньше срока службы изоляции, ско-

ющей функции для d(θ_i) экспоненци-

ние колебаниями температуры эквива-

рость старения d_ср изоляции принима-

альную

лентно пренебрежению нелинейностью

ет установившееся значение за время

−

(

−θ

)

кривой T(θ) и, соответственно, d(θ).

(

)

(

)

(13)

Т << Т_сл. Поэтому достаточно точным

Для иллюстрации с помощью соотно-

является выражение, определяющее из-

где θ_σ - базовая температура; к - коэф-

шения вычислим d_ср для трех различных

нос изоляции D за время эксплуатации

фициент, зависящий от класса нагрево-

по характеру температурных режимов.

Т_э, в виде

стойкости изоляции.

Пусть для одного из них температуру

В таком виде d(θ) представлена

в течение срока службы можно считать

=∑dΔt

(10)

э ср

в окрестности некоторой базовой тем-

постоянной и равной θ= θ_cр (рис. 2а).

где Т_э - срок эксплуатации, Т_э = ΣΔti ;

пературы θ_δ, которой соответствует ско-

Распределение температуры f(θ) для

- износ изоляции за время Δ

рость старения d_δ = d(θ_δ), в функции от-

такого режима есть δ-функция, при этом

diΔti

работы при температуре θ_i.

клонения текущего значения θ от θ_δ.

средний квадрат отклонения темпера-

Последнее выражение позволяет

Подставляя аппроксимацию зависи-

туры от среднего значения для такого

заключить, что если колебания темпера-

мости скорости старения изоляции от

режима равен нулю:

{θ}

туры невелики и в этой зоне можно при-

температуры, представим ее разложе-

При колебании температуры около

нять линейную аппроксимацию кривой

нием по степеням (θ - θ_δ)/к и получим

среднего значения θ_cр: θ_cр= θ_cр2= θ_cр1,

d(θ) в окрестности средней темпера-

∞



распределение температуры в диапазоне

−θ

(

−θ

)



ср

∫ d

(

)

туры θ_ср, то средняя скорость старения



2к

±Δθ₂ равномерно, то есть для такого

cр2



изоляции d_ср, определяющая достаточ-

графика характерно одинаковое время



(

−θ

)

но точно напряженность теплового ре-



пребывания функции θ(t) в любом интер-

(θ)

dθ

(14)



жима, будет зависеть только от средней

к2

вале всего диапазона. Поэтому f(θ) имеет



температуры изоляции.

По структуре d_ср, определяемая ин-

вид, показанный на рис. 2б, а средний ква-

Однако такие условия возникают

тегралом, состоит из произведения ско-

драт отклонения такого распределения

+Δθ

не всегда, поэтому необходимо рассмо-

рости старения, соответствующей базо-

ср

σ θ

−θ

треть влияние колебаний температуры

вой температуре θ_δ, и суммы единицы

∫

(

ср

)

θср−Δθ

на среднюю скорость старения изоля-

и средних отклонений температуры от

ции и определить оценки допустимости

базовой в возрастающих степенях, де-

Δθ

dθ

(16)

теплового режима в этом случае.

ленных на соответствующие коэффици-

Δθ

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 1 2016

б)

в)

Рис. 2. Распределение температуры f(θ) для графиков различного характера температурных режимов.

Пусть для третьего режима θ_cр3= θ_cр2 =

Анализ гистограмм колебаний тем-

от среднемесячных значений темпера-

пературы якорных обмоток ТЭМ элек-

туры и абсолютной влажности воздуха,

θcр1 и Δθ2 = Δθ3, но время изменения тем-

пературы от θ_cр3+Δθ3 до θ_cр3-Δθ₃ и от θ_cр3-

тровоза ВЛ 80Р при ведении грузовых

приведенные на рис. 6 и рис. 7.

Δθ₃ до θ_cр3+Δθ3 намного меньше участков

поездов массой 1600, 4200 и 5700 т по

Термомеханическое старение изоля-

с неизменной температурой, а относи-

участку Красноярской железной дороги,

ции пропитанных якорных обмоток ТЭМ

тельное время верхнего и нижнего уров-

приведенных на рис. 3 - рис. 5, и расчет

(рис. 8, рис. 9) меньше, чем непропитан-

ней температур одинаково, чему соответ-

по (18) показали, что колебания темпе-

ных. Число отказов изоляции якорных

ствует распределение f(θ) (рис. 2в).

ратуры обмоток, вызывающие термоме-

обмоток этих ТЭМ с повышением сред-

В этом случае σ²

ханическое старение изоляции, увели-

немесячных температуры и абсолютной

3 {^θ} есть Δθ3 , так

как все отклонения одинаковы и равны

чивают ее износ, соответственно, на 2,9;

влажности воздуха снижается. После

Δθ₃. Воспользуемся теперь выражением

18,1 и 33,8% по сравнению с тепловым

пропитки безотказность изоляции яко-

для количественной оценки d_cр, для ука-

износом при неизменной средней тем-

рей повысилась в 1,8-1,9 раза. Установ-

занных режимов принимаем к = 14 °C,

пературе обмотки.

ленный характер изменения безотказ-

Δθ₂= Δθ₃=10 °C и получаем

Термомеханическое старение изо-

ности изоляции якорных обмоток после

ляции непропитанных якорных обмоток

пропитки от среднемесячных значений

(

)

(17)

ср1

ср

ТЭМ электровозов ВЛ 85 Восточно-Си-

температуры и абсолютной влажности

100

бирской железной дороги значительно

воздуха очевидно обусловлен измене-

(

)

(18)

ср2

ср

(

)

возрастает из-за пониженной упругости

нием упругости изоляции. При наиболь-

3⋅2⋅196

(хрупкости) изоляции как в зимний, так

шей в течение года абсолютной влаж-

=1,085

(

ср

и, в еще большей степени, в летний пе-

ности воздуха 12-13 мм рт. ст. в летний

100

(

)

риод эксплуатации, на что указывают

период эксплуатации изоляция упруга,

ср3

ср

(

)

2⋅196

(19)

зависимости безотказности изоляции

число отказов изоляции минимально.

=1,25

(

ср

непропитанных якорных обмоток ТЭМ

В зимний период эксплуатации абсо-

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 1 2016

Рис. 3. Превышение температуры якорной обмотки ТЭМ

Рис. 4. Превышение температуры якорной обмотки ТЭМ

электровоза ВЛ 80Р над температурой охлаждающего воздуха

при ведении поезда массой 1600 т.

при ведении поезда массой 4200 т.

(20)

где

- локальное изменение переноса влаги в изоляции

Рис. 5. Превышение температуры якорной обмотки ТЭМ

обмоток ТЭМ во времени; G - влагосодержание в изоляции;

электровоза ВЛ 80Р над температурой охлаждающего воздуха

ϑ - температура изоляции обмоток; P_m - давление в изоляции;

при ведении поезда массой 5700 т.

V - объем обмоток ТЭМ.

лютная влажность воздуха уменьшается

Система уравнений

(20) показывает,

данного класса изоляции обмоток ТЭМ.

до 1-2 мм рт. ст. и менее. При этом упру-

что изменение объема V обмоток ТЭМ

Под действием этих трех движущих сил

гость изоляции резко снижается, из-за

с течением времени t происходит под

происходит увеличение или уменьше-

хрупкости изоляции число ее отказов

действием трех движущих сил: изме-

ние объемов изоляции обмоток ТЭМ.

возрастает в 2,0-2,5 раза.

нения влагосодержания G в изоляции,

Трудности разработки схемы численно-

Для анализа динамики процессов

температуры и давления Pm. В результа-

го решения системы дифференциаль-

тепломассообмена в изоляции обмоток

те этого в изоляции происходит обра-

ных уравнений (20) связаны с опреде-

ТЭМ локомотивов, эксплуатируемых

зование микротрещин и микропустот.

лением коэффициентов тепло- и массо-

в сложных природно-климатических ус-

Коэффициенты тепло- и массопереноса

переноса.

ловиях, предлагается следующая систе-

К₁₁-К₄₄ определяются по эмпириче-

Выход из данной ситуации заложен

ма дифференциальных уравнений:

ским данным графиков и таблицам для в анализе кривых роста и скорости ро-

ста объема обмоток ТЭМ в процессах пе-

реноса из массы тепла и влаги. Кривые

изменения объема изоляции обмоток

ТЭМ и кривые сорбции и десорбции изо-

ляции имеют одинаковый S-образный

вид. Кривые скорости изменения объ-

ема изоляции имеют трапецеидальный

вид. Это объясняется наличием в про-

цессах увлажнения и высыхания изо-

ляции ТЭМ трех основных периодов:

нарастающей, постоянной и спадающей

скоростей изменения объема изоляции

Рис. 6. Зависимость параметра потока отказов непропитанных якорных обмоток ТЭМ

электровозов ВЛ 85 от среднемесячной температуры воздуха.

обмоток ТЭМ. Все три периода описыва-

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 1 2016

над температурой окружающей среды;

- минимальное превышение тем-

min

пературы изоляции над температурой

окружающей среды.

Считая, что существует полное со-

впадение по фазам между явлениями

тепло- и влагообмена и изменением

объема изоляции ТЭМ, выражения (22)

и (23) после определенных преобразо-

ваний дают величину K_m, которую мож-

но использовать в качестве модифици-

Рис. 7. Изменение показателя безотказности непропитанных якорных обмоток ТЭМ

рованного обобщенного диагностиче-

электровозов ВЛ 85 от среднемесячных значений абсолютной влажности воздуха.

ского параметра при прогнозировании

состояния изоляции обмоток ТЭМ.

Литература

1. Попов Ю.И., Куренков А.С., Глущенко М.Д.,

Смирнов В.П. Исследование состояния тяго-

вых электрических машин электровозов, экс-

плуатируемых в сложных природно-климати-

ческих условиях // Наука и техника транспор-

та, 2015. № 1. - С. 45-52.

Попов Ю.И., Соколов О.О. Исследование

процесса снижения электрической прочно-

Рис. 8. Зависимость параметра потока отказов пропитанных якорных обмоток ТЭМ

сти изоляции тяговых электрических машин

электровозов ВЛ 85 от среднемесячной температуры воздуха.

локомотивов, эксплуатируемых в сложных

природно-климатических условиях // Наука

и техника транспорта, 2015. № 2. - С. 89-97.

3. Исмаилов Ш.К., Смирнов В.П., Худоно-

гов А.М. Диагностирование изоляции тяговых

электродвигателей локомотивов и обеспече-

ние оптимального температурно-влажностно-

го режима ее эксплуатации. - М.: ФГБОУ «Учеб-

но-методический центр по образованию на

железнодорожном транспорте», 2012-270 с.

4. Туйгунова А.Г. Диссертация на соискание

ученой степени кандидата технических наук

«Совершенствование содержания изоляции

Рис. 9. Изменение показателя безотказности пропитанных якорных обмоток ТЭМ

силовых маслонаполненных трансформато-

электровозов ВЛ 85 от среднемесячных значений абсолютной влажности воздуха.

ров тяговых подстанций с учетом климатиче-

ских условий». Красноярск, 2011 - 130 с.

ются одним уравнением - уравнением

S-образной кривой:

Попов Юрий Иванович

(22)

Родился в 1961 году. В 1983 году окончил

. (21)

МГУПС (МИИТ) по специальности «Инженер

Уравнение (21) рассматривает проте-

Трудности применения уравнения

путей сообщения - электромеханик». Опыт

кание процесса переноса тепла и влаги

(22) связаны с нахождением параметров

работы - 34 года. В настоящее время работа-

в изоляции обмоток ТЭМ под действием

и K_m. Эти параметры можно определить,

ет директором Проектно-конструкторского

двух движущих сил - отклонения теку-

получив и решив системы уравнений ки-

бюро локомотивного хозяйства - филиала

щего объема изоляции обмоток ТЭМ V

нетики процесса переноса тепла и вла-

ОАО «РЖД» (ПКБ ЦТ). Имеет 1 патент на полез-

от начального разнообъемного значения

ги, отражающих взаимосвязь между

ную модель, 23 научные работы.

до конечного разнообъемного значения.

тепло- и влагообменом и изменением

Наличие положительного и отрица-

объема обмоток ТЭМ. Из дифференци-

Popov Yury

тельного знаков перед уравнением (21)

ального уравнения энергетического ба-

Was born in 1961. In 1983 he graduated from

указывает на то, что в процессах тепло-

ланса применительно к процессу нагре-

Moscow State University of Railway Engineer-

и влагообмена за счет всех движущих

ва изоляции обмоток ТЭМ определяется

ing (MIIT) with a specialization in «Railway en-

сил происходит увеличение или умень-

gineer - electromechanician». His work experi-

(23)

шение объема изоляции обмоток ТЭМ.

ence is 34 years. At present he works as director

Окончательный результат решения

где Т - постоянная времени нагрева

of the Design center of the locomotive facility -

уравнения (21) для начальных условий

изоляции ТЭМ; τ_max

- максимальное

an affiliate of JSC «RZD». He has 1 useful model

t = 0 и V = V_Нимеет вид

превышение температуры изоляции

patent, 23 scientific works.

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 1 2016

Совершенствование вспомогательного

электропривода электрического

подвижного состава

// Аuxiliary electro drive improving of electric rolling stock //

Плакс А.В., д. т. н., профессор,

косцепления ротора двигателя опреде-

Евстафьев А.М., к. т. н., доцент,

ляется проекцией вектора тока статора

Якушев А.Я., к. т. н., доцент,

на ось системы координат, совмещен-

Теличенко С.А.,

ной с вектором потокосцепления рото-

ПГУПС, г. Санкт-Петербург

ра, а электромагнитный момент двига-

теля - произведением модуля потоко

Рассматривается применение для

Shown application of auxiliary asynchro-

сцепления ротора двигателя на вторую

вспомогательного асинхронного элек-

nous electro drive of electric rolling stock

(ортогональную) составляющую вектора

тропривода электрического подвижно-

with frequency regulation. Improving the

тока статора. Таким образом, можно по-

го состава частотного регулирования.

regulation quality of automatic control

строить двухканальную систему регули-

Улучшение качества регулирования

system possible by using the controls on the

рования с независимым управлением

системы автоматического управления

basis of fuzzy logic. Developed a computer

потокосцеплением и электромагнитным

возможно с помощью применения ре-

model of the regulator and show simulation

моментом асинхронного двигателя.

гуляторов на основе нечеткой логики.

results.

Модель системы автоматического

Разработана компьютерная модель

Keywords: electric rolling stock, auxiliary

регулирования асинхронного электро-

регулятора и приведены результаты

asynchronous electro drive, frequency regu-

привода при векторном управлении во

моделирования.

lation, fuzzy controller, computer model.

вращающейся системе координат со-

Ключевые слова: электрический под-

держится в демонстрационных приме-

вижной состав, вспомогательный асин-

рах программы MatLab с приложением

хронный привод, частотное регулиро-

Simulink. Общий вид модели показан на

вание, регулятор с нечеткой логикой,

рис. 1. Модель состоит из нескольких

компьютерная модель.

подсистем: InductionMotor - подсисте-

Задачи энергосбережения на желез-

Для получения высокого качества

ма, моделирующая параметры асин-

нодорожном транспорте не только акту-

управления электроприводом широко

хронного двигателя; подсистема IGBT

альны, но и приобретают первостепен-

используется система, основанная на

Inverter представляет собой модель

ное значение. Внедрение энергоэффек-

векторном управлении асинхронным

автономного инвертора тока на IGBT-

тивных технологий и конструкторских

двигателем, позволяющая оперативно

транзисторах; подсистема Vector Control

решений позволяет существенно эко-

с высокой точностью управлять элек-

моделирует работу системы векторного

номить энергоресурсы. Снизить энер-

тромагнитным моментом двигателя.

управления асинхронным двигателем;

гопотребление и повысить надежность

Электромагнитный момент асин-

VDC - блок источника постоянного на-

электроподвижного состава возможно

хронного электродвигателя определя-

пряжения.

за счет совершенствования системы

ется величиной и фазой двух составля-

Структура блока Vector Control си-

вспомогательного привода. На электро-

ющих: тока и магнитного потока. Для

стемы управления приводом, пока-

возах переменного тока питание трех-

получения требуемого электромагнит-

занная на рис. 2, содержит следующие

фазных асинхронных двигателей вспо-

ного момента в асинхронном электро-

подсистемы: Speedcontroller

- регу-

могательных машин осуществляется от

двигателе используют единственно

лятор скорости, сравнивающий за-

однофазной сети с помощью простых

доступные для измерения величины -

данную скорость вращения ротора ω*

и надежных систем преобразования

фазные токи статора, который в системе

с действительной ω и по сигналу рас-

числа фаз, разработанных в 60-х годах

управления программно преобразуют-

согласования формирующий заданное

прошлого века. В то же время эти систе-

ся в обобщенный вектор тока и разде-

значение электромагнитного момента

мы характеризуются несовершенными

ляется на две координатные составля-

Te*; подсистемы iqs* calculation и id*

энергетическими и эксплуатационными

ющие, обеспечивающие формирование

Calculation производят расчет значений

показателями.

магнитного потока и электромагнитного

проекций обобщенного вектора тока на

Перспективным направлением со-

момента. В этом случае система управ-

оси вращающейся системы координат;

вершенствования вспомогательного

ления построена во вращающихся ко-

подсистемы dqto ABC conversion и ABC

электропривода является применение

ординатных осях, ориентированных по

todqconversion представляют собой ко-

для асинхронных электродвигателей

результирующему вектору потокосце-

ординатные преобразователи прямого

частотного регулирования.

пления ротора. Модуль вектора пото-

и обратного каналов соответственно;

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 1 2016

ями ключами инвертора по принципу

токового коридора.

В условиях работы электропривода

с изменяющейся нагрузкой эффективно

применение систем автоматического

управления с применением регулято-

ров на основе нечеткой логики, для ко-

торых производится непрерывная пере-

настройка параметров на основе анали-

за изменения ошибки регулирования.

Нечеткие логические регуляторы

(НЛР) систем управления получили в по-

следние годы большое распространение

во всем мире. Они оказались эффектив-

ным и достаточно простым инструмен-

том для автоматизации многих прак-

тических задач. Нечеткие регуляторы

основываются на теориях нечетких мно-

жеств и нечеткой логики, которые явля-

ются расширением классической теории

множеств и классической логики. Не-

четкий логический регулятор является

экспертной системой, в которой знания

Рис. 1. Модель системы векторного управления асинхронным двигателем.

представлены в виде базы правил.

На рис. 3 представлена структура

системы автоматического управления

с простейшим нечетким логическим ре-

гулятором П-типа. Этот регулятор, как

и классический регулятор, в системе

автоматического управления получает

на вход ошибку регулирования e = g - y,

а на выходе формирует управляющее

воздействие u на объект управления,

но, в отличие от классического, регуля-

тор с нечеткой логикой способен реали-

зовать нелинейную зависимость между

входными и выходными величинами.

Эта зависимость получила название

управляющей кривой (рис. 4) или управ-

ляющей поверхности в случае более

сложных регуляторов ПИ-, ПИД-типа,

когда на вход регулятора поступает не

только ошибка рассогласования, но и ее

производная и интеграл.

Рис. 2. Модель подсистемы Vector Control of AC Motor Drive векторного управления асин-

Нечеткий логический регулятор со-

хронным двигателем

стоит из нескольких блоков: нормали-

зации N и денормализации DN сигналов

на входе и на выходе регулятора, фаззи-

фикации F и дефаззификации DF, а также

блоков базы правил и механизма нечет-

кого логического вывода.

Блок нормализации входного сиг-

нала приводит его к диапазону [-1, 1],

а блок денормализации реализует об-

Рис. 3. Структура системы автоматического управления с простейшим нечетким регу-

ратную операцию, производя постобра-

лятором П-типа.

ботку выходного сигнала регулятора.

подсистема TetaCalculation производит

рассчитывает мгновенные значения

Блок фаззификации производит переход

расчет угла teta между двумя система-

потокосцепления ротора; подсистема

к нечеткости, то есть точные значения

ми координат - неподвижной и вра-

регулятора тока CurrentRegulator осу-

входных переменных преобразуются

щающейся; подсистема FluxCalculation

ществляет управление переключени-

в значения лингвистических перемен-

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 1 2016

Рис. 5. Описание входа и выхода регулятора с помощью пяти термов.

Рис. 4. Нелинейный закон управления НЛР.

Рис. 6. Структурная схема нечеткого супервизора.

ных при помощи определенных функций

на нижнем уровне располагается клас-

вания по скорости и его производная,

принадлежности µ(е) (рис. 5). Каждая

сический ПИД-регулятор, а на верхнем

а на выходе формируются три сигнала,

лингвистическая переменная

(напри-

уровне - нечеткий. Нечеткий логиче-

которые представляют собой коэффи-

мер, ошибка регулирования e) разби-

ский регулятор автоматически изменяет

циенты усиления ПИД-регулятора.

вается на несколько термов (например,

коэффициенты ПИД-регулятора на раз-

Все параметры нечеткого логиче-

отрицательная малая «ОМ», отрицатель-

личных этапах переходного процесса.

ского регулятора задаются при помощи

ная большая «ОБ», нулевая «Н», положи-

Именно такой нечеткий супервизор

интерфейса FIS editor, представленного

тельная малая «ПМ» и положительная

предлагается применить для совер-

на рис. 8.

большая «ПБ»). Изменением положения

шенствования вспомогательного асин-

В меню Edit можно добавить или

термов достигается нелинейность зави-

хронного привода электроподвижного

удалить входные или выходные пере-

симости между входными и выходными

состава.

менные, участвующие в нечетких прави-

переменными регулятора. Термы также

В рассмотренной модели системы

лах. Для описания входных и выходных

могут иметь различную форму.

управления асинхронным тяговым дви-

логических переменных, ввода правил

После фаззификации выполняется

гателем (рис. 1 и рис. 2) производится

и исследования поведения нечеткой ло-

процедура логического вывода в базе

замена обычного регулятора скорости

гической системы FIS editor вызывает от-

правил, в результате чего получается

Speedcontroller на нечеткий. Модель ре-

дельные интерфейсы, доступ к которым

нечеткая выходная переменная, кото-

гулятора в программе Simulink показа-

возможен отдельными командами.

рая после операции дефаззификации

на на рис. 7. Блок Fuzzy Logic Controller

Меню View интерфейса FIS editor по-

превращается в «четкий» сигнал управ-

представляет собой основу нечеткого

зволяет решить две задачи:

ления. База правил составляется на ос-

логического регулятора. На его вход по-

• с помощью пункта Rules просмо-

нове экспертных знаний о поведении

даются два сигнала: сигнал рассогласо-

треть работу системы нечеткого логи-

системы и состоит из отдельных правил

следующих видов:

• ЕСЛИ (е есть «Н»), ТО (u есть «Н») -

пример для нечеткого регулятора П-типа;

• ЕСЛИ (е есть «ПБ») И (dе/dt есть

«Н») и (∫e∙dt есть «Н»), ТО (u есть «ПБ») -

пример для нечеткого регулятора

ПИД-типа.

В роли выходной переменной не-

четкого логического регулятора могут

выступать коэффициенты регулиро-

вания классического ПИД-регулятора.

В этом случае получается структура так

называемого нечеткого супервизора,

показанная на рис. 6. Идея нечеткого

супервизора заключается в организа-

ции двухуровневой системы, в которой

Рис. 7. Реализация нечеткого супервизора в среде MatLab Simulink.

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 1 2016

управления практически мгновенно

реагирует на изменение момента. Так-

же видно, что уменьшаются пульсации

электромагнитного момента в устано-

вившемся режиме.

Заключение

Применение частотного регулиро-

вания асинхронного двигателя вспомо-

гательного электропривода электро-

подвижного состава позволяет улуч-

шить его энергетические и эксплуатаци-

онные показатели за счет стабилизации

режимов работы.

Использование регуляторов на ос-

нове нечеткой логики, в которых про-

изводится непрерывная перенастройка

параметров на основе анализа измене-

ния ошибки регулирования, является

основой совершенствования системы

Рис. 8. Интерфейс FIS editor.

автоматического регулирования элек-

ческого вывода при различных входных

ной на рис. 1, 2, и с предлагаемым не-

тропривода, работающего в условиях

данных;

четким логическим регулятором пока-

постоянно меняющейся нагрузки.

• с помощью пункта Surface про-

заны на рис. 9а и 9б соответственно. Из

Применение в системе автоматиче-

смотреть управляющую поверхность

рисунков видно, что при ступенчатом

ского управления нечеткого логическо-

нечеткой логической системы, которая

изменении момента сопротивления на

го регулятора позволит значительно

получается при подаче на вход системы

валу двигателя в первом случае проис-

уменьшить динамические ошибки регу-

всевозможных допустимых значений.

ходит длительный переходный процесс

лирования при ступенчатых изменениях

Результаты моделирования системы

по стабилизации электромагнитного

нагрузки электропривода.

с обычным регулятором, представлен-

момента,

во втором случае система

Литература

1. Евстафьев А.М., Якушев А.Я. Современные

системы управления вспомогательным элек-

троприводом локомотива - М: Электроника

и электрооборудование транспорта - 2014,

№ 5 - с. 38-41.

2. Бураков М.В. Нечеткие регуляторы // Учеб-

ное пособие - СПб: ГУАП, 2010. - 237 с.

3. Соколовский Г.Г. Электроприводы пере-

менного тока с частотным регулированием //

М: Академия, 2006. - 272 с.

Плакс Алексей Владимирович

Родился в 1928 году. Окончил Ленинградский

а)

институт инженеров железнодорожного

транспорта (ЛИИЖТ) по специальности «Ин-

женер путей сообщения, электромеханик».

Доктор технических наук, профессор. Опыт

работы - 60 лет. В настоящее время работает

профессором в Петербургском государствен-

ном университете путей сообщения (ПГУПС).

Имеет более 100 научных трудов и авторских

свидетельств. Награжден медалью «За обо-

рону Ленинграда» и орденом «Знак почета».

Евстафьев Андрей Михайлович

Родился в 1979 году. Выпускник Петербург-

б)

ского государственного университета пу-

Рис. 9. Процесс отработки ступенчатого изменения момента нагрузки системой управ-

тей сообщения. Кандидат технических наук,

ления с обычным (а) и нечетким логическим (б) регулятором.

доцент. В 2005 году защитил кандидатскую

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 1 2016

диссертацию на тему «Электронные системы

путей сообщения по специальности «Элек-

electro movable vehicle’s traction engine». At

ослабления возбуждения тяговых двигате-

трический транспорт железных дорог», по-

present he works as the head of «Electric trac-

лей электроподвижного состава». В настоя-

сле окончания университета работает на

tion» chair of PGUPS. He is an author of more

щее время работает заведующим кафедрой

кафедре «Электрическая тяга» и продолжает

than 100 printed works and patents.

«Электрическая тяга» ПГУПС. Автор более 100

обучение в аспирантуре.

печатных трудов и патентов.

Yakushev Alexey

Plaks Alexey

Was born in 1940. In 1964 he graduated from Len-

Якушев Алексей Яковлевич

Was born in 1928. He graduated from Leningrad

ingrad Institute of Railway Engineers (LIRE) with a

Родился в 1940 году. В 1964 году окончил Ле-

Institute of Railway Engineers (LIRE) with spe-

degree in «Railway engineer, electrician». He is a

нинградский институт инженеров железно-

cialization in «Railway engineer, electromecha-

candidate of Technical Sciences, assistant profes-

дорожного транспорта (ЛИИЖТ) по специаль-

nician». He is a Doctor of Engineering Science,

sor. In 1970 he defended the master’s thesis on

ности «Инженер путей сообщения, электро-

professor. His working experience is 60 years.

the topic «Researching of ways to improve work

механик». Кандидат технических наук, доцент.

At present he works as professor in St. Peters-

of auxiliary machines systems of electrical trains

В 1970 году защитил кандидатскую диссерта-

burg State Railway University (SPSRU). He has

with alternative current». At the present time he

цию на тему «Исследование способов улучше-

more than 100 scientific works and certificates

works as a professor in St. Petersburg State Trans-

ния работы систем вспомогательных машин

of authorship. He was awarded by the medal

port University (PSTU). He has more than 60 sci-

электропоездов переменного тока». В на-

«For defense of Leningrad» and order «Badge of

entific works and 3 certificates of authorship.

стоящее время работает профессором в Пе-

Honor».

тербургском государственном университете

Telichenko Stanislav

путей сообщения (ПГУПС). Имеет более 60 на-

Yevstafyev Andrey

Was born in 1989. In 2013 graduated from the

учных трудов, 3 авторских свидетельства.

Was born in 1979. He graduated from Saint Pe-

Petersburg State Transport University with de-

tersburg State Railway University. He is a can-

gree in the «Railway electric transport», after

Теличенко Станислав Алексеевич

didate of Engineering, an associate professor.

graduation he works at the «Electric operation»

Родился в 1989 году. В 2013 году окончил Пе-

In 2005 he defended a Ph.D. thesis, the theme

department and undertakes the further aca-

тербургский государственный университет

is «Electronic systems of activation reduction of

demic postgraduate studies.

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 1 2016

Комбинированное управление

асинхронным двигателем с фазным ротором

// Combined control of an asynchronous motor with phase rotor //

Доманов В.И., к. т. н., Доманов А.В., к. т. н.,

ротор двигателя неподвижен и имеет

Чугунов К.А.,

определенную ориентацию по анало-

ФГБОУ ВПО «УлГТУ», г. Ульяновск

гии с дифференциальным сельсином.

Если в схему включить выпрямительный

В статье рассматривается схема

Considered the control circuit of the induc-

мост, нагруженный на транзистор, ра-

управления асинхронного двигателя,

tion motor, which allows to receive new

ботающий в ключевом режиме (рис. 1),

позволяющая получить новые харак-

features in the electric drive. It is proved that

то по обмоткам статора и ротора АДФР

теристики в электроприводе. Обо-

the series connection of the stator windings

начнут протекать токи, величина кото-

сновывается, что последовательное

and rotor enables speed control the induc-

рых будет зависеть от скважности γ ком-

включение обмоток статора и ротора

tion motor and improves energy efficiency.

мутации ключа. При возрастании токов

обеспечивает регулирование скорости

An expression for the given mechanical

в обмотках произойдет перераспре-

асинхронного двигателя и улучшает

characteristics of the drive. The analysis of

деление напряжений между статором

энергоэффективность. Получено выра-

the sensitivity of the moment to the variable

и ротором. Это приведет к созданию

жение механической характеристики

parameters of the function.

момента, вращению ротора и сниже-

для рассматриваемого электроприво-

Keywords: induction motor, phase rotor, me-

нию частоты вращения его поля. Регу-

да. Проведен анализ чувствительно-

chanical characteristic, slip, control circuit,

лирование скважности ключа позволя-

сти момента к варьируемым параме-

critical and starting moment, duty cycle, key,

ет изменять скорость вращения АДФР.

трам функции.

sensitivity, energy efficiency.

В рассматриваемой схеме одним клю-

Ключевые слова: асинхронный двига-

чом регулируются токи статора и рото-

тель, фазный ротор, механическая

ра, поэтому такое управление является

характеристика, скольжение, схема

управления, критический и пусковой

комбинированным и объединяет два

режима: регулирование скорости изме-

моменты, скважность, ключ, чувстви-

тельность, энергоэффективность.

нением напряжения на статоре и сопро-

тивления в цепи ротора.

Асинхронный двигатель с фазным

В предлагаемой схеме обмотки

Определим уравнение механиче-

ротором (АДФР) широко используется

АДФР также соединены последователь-

ской характеристики двигателя для этой

в промышленности в различных схе-

но, но ротор не заторможен (рис. 1).

схемы. Известна формула Клосса [3], по-

мах включения [1-4]: каскадные схемы,

В этом случае первоначально частоты

зволяющая рассчитать механическую ха-

двигатели двойного питания, потенци-

полей статора и ротора равны, а сам

рактеристику асинхронного двигателя:

ал-регуляторы, электрический вал и др.

Это объясняется конструктивными осо-

(1)

бенностями АДФР, которые позволяют

S_KP

использовать разнообразные схемы

включения обмоток. В статье рассматри-

где М - момент, развиваемый

вается схема, позволяющая получить

двигателем; М_КР

- критиче-

новые характеристики в электроприво-

ский момент; S_КР - критическое

де с применением АДФР.

−

скольжение;

- теку-

⁰n

Известны схемы

[1-4], в которых

щее скольжение; n₀ - скорость

на обмотки статора и ротора подается

напряжение питания. Если частоты по-

холостого хода; n - текущее

даваемых напряжений равны, то ре-

значение скорости.

ализуется схема дифференциального

Величина определяется вы-

сельсина. Если частоты напряжений

ражением [3]

различаются, то создается схема двига-

теля двойного питания. При последо-

(2)

2ω

вательном включении обмоток статора

и заторможенного ротора формируется

Рис. 1. Схема включения обмоток АДФР

где U_Ф - напряжение, подава-

схема потенциал-регулятора.

при комбинированном управлении.

емое на фазы статора; ω₀ - ча-

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 1 2016

Рис. 2. Семейство механических характеристик АДФР

Рис. 3. График изменения в зависимости от скважности.

для значений скважности:  - 1;  - 0,75;  - 0,5;  - 0,25.

−

стота вращения поля статора; Х_К - ин-

Уравнение (5) можно преобразовать

(11)

ПУСК

дуктивное сопротивление КЗ двигателя.

к виду

При изменении сопротивления ро-

Kγ

Из выражений (10, 11) видно, что:

M =

(6)

торной цепи критическое скольжение

Sγ

•

меняется в пределах от

ПУСК

изменяется и находится по формуле [3]

S_KE

Sγ

1 до 2;

)

KPE

ДОБ

•

= 0 при γ = S_KE.

(12)

Ф0

KPИ

где

ПУСК

Анализ выражения

(8) позволяет



ДОБ



1+



Выражение для критического момен-

определить условия, при которых ста-

KPE





(3)





та М_КР получается при условии S = S_КЕ:

новится максимальным для конкретно-

где S_КРИ - критическое скольжение для

го значения S_КЕ.

Kγ

M_KP

искусственной механической характери-

(7)

ПУСК

При условии (12)

² +1

стики; S_КРЕ - критическое скольжение для

В соответствии с выражениями (8, 12)

естественной механической характери-

На рис. 3 приведена зависимость

получаем

стики; R₂ - сопротивление ротора; R_ДОБ -

М_КР = f(γ).

Kγ

M_ПУСКMAX =

добавочное сопротивление ротора.

Пусковой момент М_ПУСК находится

При изменении скважности ком-

при условии S = 1:

Рассмотрим вопросы энергоэффек-

мутации ключа изменяются значения

Kγ

тивности предлагаемого электропри-

ПУСК

U_Ф и R_ДОБ. С некоторыми допущениями

вода. При U_ЗАД = 0 и М_СОПР≈ 0 в АДФР

можно принять

с комбинированным управлением n = 0,

а в схеме с изменением сопротивления

ФИ

Ф0

= γ

(8)

1−γ

в роторной цепи n ≈ n₀.

R_ДОБ

(4)

Оценим чувствительность М_ПУСК

В первом случае ток, потребляемый

где U_ФИ - напряжение, подаваемое на

к вариациям параметров γ и S_КЕ. Чув-

из сети, последовательно протекает по

фазы статора при регулировании; U_Ф0 -

ствительность функции F(x, y,…z) к ва-

цепям статора и ротора, а во втором -

напряжение сети.

рьируемому параметру x, y,…z опреде-

только по цепям статора. В соответствии

Подставляя формулы (2-4) в (1), по-

ляется выражением

с этим будут различаться и мощности

лучаем выражение, позволяющее по-

потерь холостого хода.

строить семейство механических харак-

(9)

При регулировании скорости поте-

F =

теристик АДФР при изменении скважно-

ри в таких схемах приближенно можно

сти коммутации ключа:

Найдем чувствительности

оценить по выражению

ПУСК

(UФ0

γ)

иS KES

. В соответствии с формулами

ПУСК

ΔP = S_КPМ_КP.



Sγ

S_KE



(8, 9) получаем

(5)





Sγ

В первом случае с ростом S_КP снижа-

SKE



По формуле (5) построены графики,

=1+

(10)

ется М_КP, во втором - М_КP сохраняется

ПУСК

приведенные на рис. 2.

постоянным. На основании характери-

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 1 2016

стик предлагаемого электропривода

5. Доманов В.И. Регулирование асинхронного

университет. Аспирант кафедры «Электро-

можно сделать вывод о его более высо-

двигателя изменением напряжения на стато-

привод и автоматизация промышленных

кой энергоэффективности.

ре / В.И. Доманов, А.В. Доманов, И.Ю. Муллин,

установок» энергетического факультета

Сравнивая полученные механиче-

А.О. Холявко // Электроника и электрообору-

УлГТУ. Имеет публикации в области электро-

ские характеристики с известными для

дование транспорта, 2013, № 2. - с. 35-37.

механики.

управления АД изменением напряже-

6. Доманов В.И. Силовые элементы автомати-

ния статора или изменением сопротив-

ки / В.И. Доманов, А.В. Доманов. - Ульяновск:

Domanov Viktor

ления ротора [5, 6], можно сделать сле-

УлГТУ, 2014. - 142 с.

Was born in 1950. In 1972 he graduated from

дующие выводы:

Ulyanovsk Polytechnic Institute specializing

• полученные механические харак-

Доманов Виктор Иванович

in «Aircraft instrumentation». In 1980 has pro-

теристики являются промежуточными

Родился в 1950 году. В 1972 году окончил

tected Ph. D. thesis by the theme «The method

между указанными выше;

Ульяновский политехнический институт по

of calculation and research tracking systems

• в процессе регулирования меня-

специальности

«Авиаприборостроение».

with pre-emptive corrective devices for lathes

ется жесткость характеристики как при

В 1980 году защитил кандидатскую диссер-

numerically controlled». Ph. D., docent, Head of

регулировании изменением сопротив-

тацию по теме «Методика расчета и иссле-

Department «Electric drives and automation of

ления ротора;

дования следящих систем с устройствами

industrial installations» in Ulyanovsk State Tech-

• в то же время при регулировании

упреждающей коррекции для токарных стан-

nical University. He has 144 scientific publica-

происходит изменение критического

ков с ЧПУ». Кандидат технических наук, до-

tions, author of 16 inventions.

момента как при регулировании изме-

цент, заведующий кафедрой «Электропривод

нением напряжения, подаваемого на

и автоматизация промышленных установок»

Domanov Andrey

статор;

энергетического факультета УлГТУ. Имеет 144

Was born in 1976. In 1999 he graduated from

• предложенный способ регулиро-

научных труда, автор 16 изобретений.

Ulyanovsk State Technical University special-

вания АДФР сохраняет возможность

izing in

«The measuring-computing com-

создания каскадной схемы и позволяет

Доманов Андрей Викторович

plexes and systems». In 2002 has protected

повысить энергоэффективность элек-

Родился в 1976 году. В 1999 году окончил

Ph. D. thesis by the theme «Development and

тропривода.

Ульяновский государственный технический

investigation of electrical power steering of

университет по специальности «Измеритель-

passenger cars on the basis of contactless

Литература

но-вычислительные комплексы и системы».

engines». Ph. D., docent, Director of Expert-

1. Волков Н.И. Электромашинные устройства

В 2002 году защитил кандидатскую диссер-

Analytical Center SRTI of Ulyanovsk State

автоматики / Н.И. Волков, В.П. Миловзоров. -

тацию по теме «Разработка и исследование

University. He has 107 scientific publications,

М.: Высш. шк., 1986. - 335 с.

электроусилителя рулевого управления лег-

author of 11 inventions.

2. Шенфельд Р. Автоматизированные элек-

ковых автомобилей на основе бесконтактных

троприводы / Р. Шенфельд, Э. Хабигер. - Л.:

двигателей». Кандидат технических наук, до-

Chugunov Kirill

Энергоатомиздат, 1985. - 464 с.

цент, директор Экспертно-аналитического

Was born in 1991. In 2015 he graduated from

3. Справочник по автоматизированному элек-

центра НИТИ им. С.П. Капицы УлГУ. Имеет 107

Ulyanovsk State Technical University. Post-

троприводу / под ред. В.А. Елисеева и А.В. Ши-

научных трудов, автор 11 изобретений.

graduate of Department «Electric drives and

нянского. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 616 с.

automation of industrial installations» in

4. Машиностроение. Энциклопедия. Т. IV-2

Чугунов Кирилл Алексеевич

Ulyanovsk State Technical University. He has

Электроприводы / под ред. Л.Б. Масандило-

Родился в 1991 году. В 2015 году окончил

published articles in the field of electrical en-

ва. - М.: Машиностроение, 2012. - 520 с.

Ульяновский государственный технический

gineering.

Электронные компоненты, датчики

№ 1 2016

Мезаэпитаксиальные GaAs-варикапы

для ВЧ-аппаратуры

// Mesaepitaxial GaAs-varactor diodes for a high-frequency equipments //

Сурайкин А.И., к. т. н.,

р-n-перехода и, соответственно, мето-

Мордовский национальный исследовательский

дом его изготовления. Эти зависимости

университет им. Н.П. Огарёва, г. Саранск

получены аналитически и достаточно

известны как для резких р-n-переходов,

В статье приводятся результаты

The article provides results of design and re-

так и для плавных р-n-переходов [2].

разработки и исследования полупрово-

search semiconductor, mesaepitaxial GaAs-

В данной работе сделана попытка полу-

дниковых, мезаэпитаксиальных GaAs-

varactor diodes for a consumer application

чения варикапа на основе технологии

варикапов для широкого применения

in high-frequency equipments. Provides

формирования мезаэпитаксиальных ди-

в высокочастотной аппаратуре. Приво-

total technical features for GaAs-varactor

одных структур с резким р-n-переходом.

дятся общие технические требования

diodes and purpose electrical characteristics

Основные требования к мезаэпи-

к GaAs-варикапам, а также основные

of experimental mesaepitaxial GaAs-varac-

таксиальным GaAs-варикапам для ВЧ-

электрические параметры и характе-

tor diodes.

аппаратуры кратко можно представить

ристики экспериментальных образцов

Keywords: gallium arsenide, varactor diode,

в следующем виде:

мезаэпитаксиальных GaAs-варикапов.

mesaepitaxial conformation, capacitance,

• емкость варикапа при обратном на-

Ключевые слова: арсенид галлия, вари-

factor of overlap capacitance.

пряжении - UR = 4 В: 220÷280 пФ (пер-

кап, мезаэпитаксиальная структура,

вый вариант исполнения - одиночные

емкость, добротность, коэффициент

кристаллы), 55÷80 пФ (второй вариант

перекрытия по емкости.

исполнения - два варикапа на одном

Расширение области применения

насыщения, а также возможность рабо-

кристалле);

GaAs-приборов в телекоммуникацион-

ты при повышенных температурах.

• добротность варикапа при обрат-

ном оборудовании, в том числе высо-

За рубежом и на ряде российских

ном напряжении - U_R= 4 В: не менее 200

кочастотных диапазонов, обусловлено

предприятий имеется технология произ-

(первый вариант исполнения - одиноч-

тем, что в области высоких частот GaAs

водства многослойных эпитаксиальных

ные кристаллы), не менее 120 (второй

имеет лучшие электрические характе-

GaAs-структур. На сегодняшний день

вариант исполнения - два варикапа на

ристики по сравнению с кремнием.

на основе таких структур разработаны

одном кристалле);

В этой связи разработка и серийный

быстродействующие высоковольтные

• коэффициент перекрытия по емко-

выпуск GaAs-варикапов являются доста-

p-i-n-диоды для преобразовательной

сти варикапа (отношение емкости ва-

точно актуальными и перспективными

и импульсной техники [1]. Применение

рикапа при UR = 4 В к емкости варикапа

задачами наряду с другими полупро-

технологии производства быстродей-

при UR = 100 В) - не менее 3,5;

водниковыми приборами, применяю-

ствующих высоковольтных p-i-n-диодов

• постоянный обратный ток варика-

щимися в ВЧ-аппаратуре. Это, в свою

для изготовления мезаэпитаксиальных

па при UR = 100 В в рабочем диапазоне

очередь, обеспечивает дальнейшее раз-

GaAs-варикапов позволяет создать не-

температур - не более 1 мкА;

витие современной электронной ком-

обходимые предпосылки для разработ-

• рабочий диапазон температуры

понентной базы (ЭКБ).

ки высокодобротных варикапов с широ-

окружающей среды - от - 60 до + 85^oC.

Применение GaAs для производства

ким диапазоном рабочего напряжения.

варикапов актуально еще и тем, что он

Теория

в некотором смысле отвечает прибли-

Постановка задачи

Структура кристалла мезаэпитакси-

жению идеального полупроводника

Использование в GaAs-диодных

ального GaAs-варикапа приведена на

для варикапов. Идеальный полупрово-

структурах зависимости барьерной

рис. 1.

дник для варикапа должен иметь те или

емкости от приложенного обратного

Структура, приведенная на рис. 1,

иные носители заряда с высокой под-

напряжения, с последующим нормиро-

формируется методами жидкофазной

вижностью, обладать низкой диэлек-

ванием этой зависимости, позволяет

эпитаксии (ЖФЭ). Полученные эпитак-

трической проницаемостью, широкой

реализовать такой полупроводниковый

сиальные p⁺-n^- n⁺-n⁺-структуры имеют

запрещенной зоной, низкой энергией

прибор, как варикап. Характер этой

несколько металлургических переходов

ионизации примесей и высокой тепло-

зависимости, то есть вольт-фарадной

внутри структуры [3].

проводностью. Эти параметры обеспе-

характеристики

(ВФХ), определяется

Физическая структура и распределе-

чивают минимальное сопротивление,

видом распределения концентрации

ние концентрации в p⁺-n^-n⁺-n⁺-структуре

минимальную емкость, небольшой ток

примесей в области объемного заряда

кристалла варикапа приведены на

Электронные компоненты, датчики

№ 1 2016

Рис. 1. Структура кристалла GaAs-варикапа:

A - контакт анода, B - анодная область (p⁺),

C - высокоомная n - область, D - катод;

в качестве защитного слоя могут использоваться

диэлектрические пленки SiO₂ и Si₃N₄, а также полимерные

материалы типа фотоимидов.

рис. 2. Если принимать в расчет общую

e₀ - электриче-

Рис. 2. Физическая структура и распределение концентрации

протяженность эпитаксиальных обла-

ская постоянная;

носителей заряда в структуре GaAs-варикапа (W_SCL - область

стей и подложки GaAs-варикапа такой,

S_pn

- площадь

пространственного заряда в высокоомном эпитаксиальном слое).

как показано на рис. 2, то на переходах

p-n-перехода ва-

рикапа;

Использование соотношения (4) при

xj1, xj2, xj3 возникают диффузионные по-

тенциалы, сумма которых дает полное

- ширина области простран-

разработке варикапов удобно тем, что

WSCL

диффузионное напряжение такое же, как

ственного заряда высокоомного эпитак-

одну и ту же структуру мы можем ис-

и на GaAs p-i-n-диоде при T = 300 K [1, 2]:

сиального слоя (базы), зависящая от при-

пользовать для изготовления двух типов

ложенного обратного напряжения - U_R.

варикапов:

xj1

U =U +U +U

xj2

xj3

≤1,2Вэ

(1)

Учитывая, что разрабатываемые ва-

• при обратном напряжении U_R= 4 В

Так как варикап представляет со-

рикапы на основе GaAs выполнены пол-

и емкости C_VD= 250 пФ мы получим

бой, прежде всего, диодную структуру,

ностью по эпитаксиальной технологии

значение площади p-n - для перво-

то практически все параметры, включая

с разностью концентраций в несколько

го варианта исполнения варикапа

присущие непосредственно варикапам,

порядков, то вполне приемлемо при-

≈ 5,5 мм²;

определяются удельным сопротивлени-

ближение

«резкого» асимметричного

• при обратном напряжении

ем и толщиной высокоомного эпитакси-

p-n-перехода. Для такого перехода,

U_R= 4 В и емкости C_VD= 68 пФ мы по-

ального слоя. В этом факте содержится

в приближении обеднения (при обрат-

лучим значение площади p-n - для вто-

как положительный момент (весь расчет

ных напряжениях), емкость можно ап-

рого варианта исполнения варикапа -

варикапа мы можем свести к расчету

проксимировать следующим соотноше-

≈ 1,6 мм².

параметров высокоомного эпитакси-

нием [4]:

Толщину высокоомного эпитакси-

ального слоя), так и небольшой минус:

ального (базового) слоя h_{B epi} выберем,

q⋅ε

⋅ε

⋅ N

неконтролируемое изменение пара-

⋅

(3)

исходя из условия, что данная величи-

VD pn

2⋅(U

)

метров высокоомной эпитаксиальной

на должна быть больше ширины об-

пленки, а также параметры всех осталь-

где N_D - концентрация донорной при-

ласти пространственного заряда (ОПЗ)

ных эпитаксиальных слоев, включая

меси в базовой области варикапа (высо-

W_{SCL max} при максимальном обратном

паразитные сопротивления металличе-

коомном эпитаксиальном слое);

напряжении U_{R max} (5)

ских контактов, приводят к заметному

U^*pn - контактная разность потенци-

разбросу ряда электрических параме-

алов p-n-перехода варикапа.

2⋅ε

⋅ε

⋅(U

Rmax

)

. (5)

тров, таких как емкость, добротность.

Принимая во внимание то, что ем-

B epi

SCLmax

q⋅N

Поэтому в конечном итоге только

кость варикапов (C_VD) и диапазон об-

исследование экспериментальных об-

ратных напряжений (U_R), как правило,

Согласно (5), при UR max = 100 В, полу-

разцов варикапов с последующей нор-

оговариваются в исходных технических

чим W_{SCL max}≈ 12 мкм.

мировкой значений электрических па-

требованиях, а контактную разность

Таким образом, на основании полу-

раметров позволяет оптимизировать

потенциалов

- U^*pn

- можно вычис-

ченных данных выбор толщины высо-

структуру кристалла варикапа.

лить в соответствии с (1), на основании

коомного эпитаксиального

(базового)

Используя формулу плоского кон-

(3) можно определить в первом при-

слоя h_{B epi}> 12 мкм вполне приемлем.

денсатора для структуры, приведенной

ближении площадь варикапов при

Все вышеприведенные параме-

на рис. 2, можно записать

уровне легирования базовой области

тры - концентрация донорной примеси

⋅ε

⋅ S

(1÷2).10¹⁵ см^-3:

в базовой области варикапа, толщина

(2)

)

эпитаксиального слоя базовой области

SCL

2⋅(U

)

где e - диэлектрическая проницаемость

⋅

(4)

варикапа - непосредственно связаны

q⋅ε

⋅ε

⋅ N

GaAs;

с величиной добротности (6)

Электронные компоненты, датчики

№ 1 2016

Рис. 3. ВФХ 10 шт. экспериментальных образцов GaAs-варикапов

Рис. 4. ВФХ 10 шт. экспериментальных образцов GaAs-варикапов

первого типа (одиночные кристаллы) при T = 300 K.

второго типа (два варикапа на одном кристалле) при T=300 K.

W_B - толщина квазинейтральной об-

Следует отметить, что и при расчете,

(6)

2⋅π

⋅

⋅C

⋅ R

ласти базы варикапа.

и при измерении толщины и удельного

VD VD

где C_VD - общая емкость варикапа при

Толщину квазинейтральной области

сопротивления базового слоя варика-

некотором заданном обратном напря-

базы варикапа можно вычислить следу-

па имеет место существенная погреш-

жении U_R;

ющим образом (рис. 2):

ность. Поэтому на практике чаще всего

f = 50 МГц - частота переменного

сопротивление R_VD устанавливают экс-

−W

−

−W

(8)

напряжения, на которой осуществляет-

Bepi

SCL

периментальным путем на основе из-

ся измерение добротности при некото-

где h_{B epi}

- толщина эпитаксиального

мерения динамического сопротивления

ром заданном обратном напряжении U_R;

слоя базовой области;

прямой ветви вольт-амперной характе-

W_SCL - ширина ОПЗ в базовой обла-

ристики (ВАХ) варикапа.

RVD ^{- общее активное сопротивление}

структуры варикапа, с приемлемой точ-

сти варикапа.

ностью можно принять равным сопро-

Соотношение (7) показывает преиму-

Результаты исследования

тивлению базовой области варикапа (со-

щества применения полупроводниковых

экспериментальных

противлением контактов и высоколеги-

материалов с высокой подвижностью но-

GaAs-варикапов

рованных областей можно пренебречь).

сителей заряда для изготовления варика-

После сборки экспериментальных

С учетом вышесказанного, общее

пов. В данном случае применение GaAs

образцов GaAs-варикапов (корпус типа

активное сопротивление структуры ва-

для изготовления варикапов со структу-

ТО-251) было проведено исследование

рикапа [5]

рой, приведенной на рис. 1, обеспечи-

их ВАХ и ВФХ. Также было проведено из-

вает подвижность электронов в базовой

мерение добротности.

≈R

−

⋅

q⋅µ

⋅ N

области - m_n≈ 5000 см²/В.с (для срав-

ВФХ 10 шт. экспериментальных об-

нения, в кремнии - m_n≈ 1420 см²/В.с).

разцов варикапов первого типа (оди-

=ρ

⋅

(7)

Это обеспечивает более низкие по срав-

ночные кристаллы) при T = 300 K при-

нению с Si значения полного активного

ведены на рис. 3.

где

- удельное сопротив-

q⋅µ

⋅ N

сопротивления варикапов и, как след-

Исследуя рис. 3, можно отметить,

ление базовой области варикапа;

ствие, на основании (6), более высокие

что линейность ВФХ наблюдается прак-

значения добротности GaAs-варикапов.

тически во всем рабочем диапазоне об-

Spn - площадь p-n-перехода варикапа

Рис. 5. Аппроксимированная зависимость добротности варикапов

Рис. 6. Аппроксимированная зависимость добротности варикапов

первого типа от частоты (1 - варикапы со средней емкостью

второго типа от частоты (среднее значение емкости - 68 пФ).

350 пФ, 2 - варикапы со средней емкостью 250 пФ).

Электронные компоненты, датчики

№ 1 2016

ратных напряжений, начиная от 4 В и до

зависимости позволяют использовать

Сурайкин Александр Иванович

100 В. Лишь на участке менее 4 В наблю-

их наряду с кремниевыми варикапами

Родился в 1963 году. В 1985 году окончил

дается резкое возрастание емкости, но

в радиотехнической аппаратуре обще-

Мордовский государственный университет

это не регламентированный для работы

промышленного применения. Более ши-

им. Н.П. Огарёва по специальности

«По-

интервал обратных напряжений.

рокий диапазон рабочих напряжений

лупроводники и диэлектрики». Кандидат

ВФХ 10 шт. экспериментальных об-

мезаэпитаксиальных GaAs-варикапов

технических наук. В 1998 году защитил дис-

разцов варикапов второго типа (сдво-

позволяет применять их более широко,

сертацию по теме «СБИС видеопроцессора

енные кристаллы) при T = 300 K приве-

включая высоковольтную аппаратуру.

для приемников телевизионных сигналов».

дены на рис. 4.

Полученные значения добротности ва-

Опыт работы - 29 лет. В настоящее время

Рис. 4 показывает результат, анало-

рикапов, величины которых превосхо-

работает начальником КБ полупроводни-

гичный предыдущему (рис. 3) с точки

дят добротности аналогичных кремни-

ковой электроники ООО «Инвентор», до-

зрения линейности характеристики. От-

евых варикапов, обеспечивают возмож-

центом кафедры электроники и наноэлек-

личие в том, что величина емкости дан-

ность применения мезаэпитаксиальных

троники Мордовского государственного

ного варикапа ниже, чем у предыдущего

GaAs-варикапов в ВЧ- и СВЧ-аппаратуре.

университета им. Н.П. Огарёва. Имеет

варианта (измерения проводились на од-

научных трудов, 8 патентов, из них 4 сви-

ном, произвольно выбранном варикапе).

Литература

детельства об официальной регистрации

Измерение добротности варикапов,

1. Сурайкин А.И. Быстродействующие высо-

топологий ИМС.

а также зависимости добротности от

ковольтные GaAs-диоды для преобразова-

частоты проводилось измерителем до-

тельной техники и импульсных устройств //

бротности Е 4-11. Результаты измерения

Электроника и электрооборудование транс-

Suraikin Alexander

приведены на рис. 5 и 6.

порта. № 2, 2015 - с. 35-37.

Was born in 1963. In 1985 he graduated from

2. Сурайкин А.И., Федотов Е.Н. Быстродей-

Mordovskiy State University named after

Выводы

ствующие, высоковольтные GaAs диоды

N.P. Ogaryev with specialization in «Semicon-

В проведенной работе выполнен рас-

для силовой электроники

// Электронное

ductors and dielectrics». He is a candidate of

чет физической структуры мезаэпитакси-

периодическое издание

«Огарев-online»,

Engineering Sciences. In 1998 he defended a

альных GaAs-варикапов двух типов: од-

Технические науки, вып. 22. Режим доступа:

thesis on the subject «VLCI of video-processor

нокристальный вариант и вариант с дву-

http://appmath.mrsu.ru/ogarev_onlain

for receiving devises of TV signals». His work

мя варикапами на одном кристалле. Из-

3. Арсенид галлия. Получение, свойства,

experience is 29 years. At present he works as

готовлены экспериментальные образцы

применение / Под ред. Кесаманлы Ф.П., На-

head of KB semiconductor electronics in «In-

мезаэпитаксиальных GaAs-варикапов,

следова Д.Н. - М.: Наука, 1973. С. 36-47.

ventor» LLC, associate professor at the electron-

проведены исследования их электриче-

4. Зи С. Физика полупроводниковых прибо-

ics and nanoelectronics department in Mordo-

ских параметров и характеристик.

ров. В 2 книгах. Кн. 1. Пер. с англ. - 2-е пере-

vskiy State University named after N.P. Ogaryev.

В результате исследования электри-

раб. и доп. изд. - М.: Мир, 1984. С. 80-88.

He has 55 scientific publications, 8 patents in-

ческих характеристик мезаэпитакси-

5. Уотсон Г. СВЧ-полупроводниковые прибо-

cluding 4 certificates about official registration

альных GaAs-варикапов, включая ВАХ

ры и их применение / Под ред. Г. Уотсона. - М.:

of IC topology.

и ВФХ, установлено, что полученные

Мир, 1972. С. 174-303.

Информация

№ 1 2016

О контроле и надзоре в сфере

правовой охраны и использования

результатов интеллектуальной деятельности

гражданского назначения,

созданных за счет бюджетных ассигнований

федерального бюджета

Вступил в действие Административ-

• истечение срока исполнения заказ-

2) договоры, финансирование кото-

ный регламент исполнения Федераль-

чиком, исполнителем ранее выданного

рых осуществляется за счет бюджетных

ной службой по интеллектуальной соб-

предписания Роспатента об устранении

ассигнований федерального бюджета,

ственности государственной функции

выявленного нарушения;

в том числе за счет субсидий, включая

по осуществлению контроля и надзора

• поступление обращений и заявле-

прилагаемую к ним документацию, каса-

в сфере правовой охраны и использо-

ний граждан, в том числе индивидуаль-

ющуюся предмета проверки;

вания результатов интеллектуальной

ных предпринимателей, юридических

3) акты сдачи-приемки научно-ис-

деятельности гражданского назначения,

лиц, информации от органов государ-

следовательских, опытно-конструктор-

созданных за счет бюджетных ассигно-

ственной власти, органов местного са-

ских и технологических работ;

ваний федерального бюджета, а также

моуправления, из средств массовой ин-

4) отчеты о научно-исследователь-

контроля и надзора в установленной

формации о фактах причинения вреда

ских, опытно-конструкторских и техно-

сфере деятельности в отношении госу-

безопасности государства или угрозы

логических работах;

дарственных заказчиков и организаций-

его возникновения;

5) отчеты о проведении патентных

исполнителей государственных контрак-

• приказ руководителя Роспатента,

исследований;

тов, предусматривающих проведение

изданный в соответствии с поручения-

6) материалы заявок на выдачу охран-

научно-исследовательских, опытно-кон-

ми Президента Российской Федерации,

ных документов (патентов, свидетельств);

структорских и технологических работ.

Правительства Российской Федерации,

7) официально опубликованные за-

Предметом контроля (надзора) яв-

Минэкономразвития России либо тре-

явки и патенты (описания к патентам);

ляется соблюдение государственными

бованием прокурора о проведении

8) приказы (распоряжения) об отне-

заказчиками и организациями-испол-

внеплановой проверки в рамках над-

сении информации о результатах интел-

нителями государственных контрактов

зора за исполнением законов по посту-

лектуальной деятельности к коммерче-

требований, установленных законода-

пившим в органы прокуратуры матери-

ской (служебной) тайне;

тельством Российской Федерации в сфе-

алам и обращениям.

9) документы государственного уче-

ре правовой охраны и использования

Исполнение государственной функ-

та результатов интеллектуальной дея-

результатов интеллектуальной деятель-

ции включает в себя выполнение следу-

тельности;

ности гражданского назначения, соз-

ющих административных процедур:

10) инвентаризационные описи, ве-

данных за счет бюджетных ассигнова-

1) формирование ежегодного плана

домости, акты инвентаризации, пере-

ний федерального бюджета, в том числе

проведения плановых проверок;

даточные акты, касающиеся результатов

за счет субсидий.

2) подготовка к проведению плано-

интеллектуальной деятельности;

Выполнение государственной функ-

вой проверки;

11) договоры об отчуждении исклю-

ции по проведению контроля (надзора)

3) подготовка к проведению внепла-

чительного права на результаты интел-

возложено на Роспатент и осуществля-

новой проверки;

лектуальной деятельности;

ется на безвозмездной основе.

4) проведение проверки и оформле-

12) лицензионные договоры о предо-

Регламентом определены полномо-

ние ее результатов;

ставлении права использования резуль-

чия должностных лиц Роспатента, осу-

5) меры, принимаемые в отношении

татов интеллектуальной деятельности;

ществляющего государственный кон-

фактов нарушений, выявленных при

13) документы, касающиеся исполь-

троль, и лиц, в отношении которых осу-

проведении проверки.

зования (внедрения) результатов интел-

ществляются мероприятия по контролю

Проверки

(плановые и внеплано-

лектуальной деятельности;

(надзору).

вые) проводятся в форме выездных про-

14) документы бухгалтерского учета

Срок проведения как плановой, так

верок по месту нахождения и (или) по

прав на результаты интеллектуальной

и внеплановой проверок не может пре-

месту фактического осуществления дея-

деятельности;

вышать двадцати рабочих дней.

тельности заказчика, исполнителя.

15) формы статистического наблю-

Периодичность осуществления пла-

В ходе проверки подлежат рассмо-

дения, касающиеся результатов интел-

новых проверок устанавливается руко-

трению:

лектуальной деятельности;

водителем Роспатента.

1) государственные контракты, в том

16) отчеты об оценке стоимости ис-

Основаниями для проведения вне-

числе прилагаемая к ним документация,

ключительного права на результаты ин-

плановой проверки являются:

касающаяся предмета проверки;

теллектуальной деятельности;

Информация

№ 1 2016

17) договоры о международном на-

сийской Федерации и материалы про-

ководству Роспатента или в Министерство

учно-техническом сотрудничестве;

верки в правоохранительные органы

экономического развития Российской Фе-

18) иные необходимые для рассмо-

Российской Федерации, Счетную палату

дерации. Срок рассмотрения жалобы не

трения в ходе проведения проверки

Российской Федерации, Федеральную

должен превышать тридцати дней.

документы, относящиеся к предмету

службу финансово-бюджетного надзора

Приказ Роспатента от

29.05.2012

проверки.

и иные органы государственной власти

№ 66, которым был утвержден ранее

По результатам проверки может

Российской Федерации.

действовавший регламент, признан

быть выдано предписание об устране-

Действия (бездействие) и решения,

утратившим силу.

нии выявленных нарушений, возбужде-

принятые в ходе исполнения государ-

но дело об административном правона-

ственной функции должностными лицами

Краснов Л.А.

рушении, а также направлены информа-

Роспатента, могут быть обжалованы в до-

Редакция журнала «Электроника

ция о нарушении законодательства Рос-

судебном порядке путем обращения к ру-

и электрооборудование транспорта»

О применении положений

ранее действовавшего законодательства

в области интеллектуальной собственности

Федеральным законом от 12.03.2014

актам неоднократно был предметом

о соответствии Конституции РФ части 7

№ 35-ФЗ «О внесении изменений в части

рассмотрения Конституционного Суда

статьи 7 Федерального закона № 35-ФЗ

первую, вторую и четвертую Граждан-

Российской Федерации (далее - КС РФ).

во взаимосвязи с пунктом 1 статьи 4

ского кодекса Российской Федерации

Вместе с тем Суд по интеллектуаль-

ГК РФ и, приостановив производство

и отдельные законодательные акты Рос-

ным правам в своем запросе в КС РФ

по делу, обратился в КС РФ с запросом

сийской Федерации» изменены положе-

попытался оспорить конституцион-

о проверке их конституционности.

ния значительного количества статей

ность части 7 статьи 7 Федерального за-

Рассмотрев запрос Суда по интел-

Гражданского кодекса Российской Фе-

кона № 35-ФЗ и пункта 1 статьи 4 ГК РФ,

лектуальным правам, КС РФ указал, что

дерации (далее - ГК РФ). В связи с этим

устанавливающих правила действия

положения части 7 статьи 7 Федераль-

возникают вопросы, касающиеся право-

актов гражданского законодательства

ного закона № 35-ФЗ и пункта 1 статьи 4

применения этих положений в случаях,

во времени.

ГК РФ, содержащие правила действия

когда, согласно ГК РФ в прежней редак-

Причиной обращения послужили

закона во времени и направленные на

ции, какое-то действие считалось нару-

следующие обстоятельства.

обеспечение разумной стабильности за-

шением прав правообладателя, а вне-

В ходе рассмотрения кассационной

конодательного регулирования, обеспе-

сенные изменения такое действие не от-

жалобы по делу о взыскании денеж-

чение действия общеправового принци-

носят к нарушению. Для разрешения по-

ной компенсации за нарушение автор-

па справедливости, достижение баланса

добных ситуаций в части 7 статьи 7 Фе-

ских прав, выразившееся в публичном

между правами и обязанностями всех

дерального закона № 35-ФЗ содержится

исполнении мюзикла при отсутствии

участников гражданских правоотноше-

указание, что «положения Гражданского

согласия авторов, Суд по интеллекту-

ний, возникающих в связи с созданием

кодекса Российской Федерации (в ре-

альным правам - исходя из того, что

и использованием произведений науки,

дакции настоящего Федерального зако-

подлежащий применению в данном

литературы, искусства, не могут рассма-

на) применяются к правоотношениям,

деле пункт 1 статьи 1274 ГК РФ на мо-

триваться как нарушающие конститу-

возникшим после дня вступления в силу

мент вынесения постановления судом

ционные права лиц, осуществивших до

настоящего Федерального закона. По

апелляционной инстанции (15 октября

введения в действие нового правового

правоотношениям, возникшим до дня

2014 года) действовал в новой редакции

регулирования публичное исполне-

вступления в силу настоящего Феде-

(в связи с вступлением в силу с 1 октя-

ние в образовательных организациях

рального закона, положения Граждан-

бря

2014 года Федерального закона

правомерно обнародованных произве-

ского кодекса Российской Федерации

№ 35-ФЗ), допускающей публичное ис-

дений путем их представления в живом

(в редакции настоящего Федерально-

полнение правомерно обнародованных

исполнении без согласия автора.

го закона) применяются к тем правам

произведений путем их представления

Федеральным законом № 35-ФЗ вне-

и обязанностям, которые возникнут по-

в живом исполнении, осуществляемое

сены изменения и в правила установле-

сле дня вступления в силу настоящего

без цели извлечения прибыли в обра-

ния использования изобретения, полез-

Федерального закона».

зовательных организациях без согласия

ной модели и промышленного образца

Вопрос о возможности придания об-

автора (подпункт 6), - пришел к выводу

в соответствующих продукте, способе

ратной силы нормативным правовым

о наличии неопределенности в вопросе

или изделии (пункт 3 статьи 1358 ГК РФ).

Информация

№ 1 2016

В частности, изобретение признается

привлечения доктрины эквивалентов.

введение в гражданский оборот или

использованным в продукте или спосо-

В результате этого может возникнуть

хранение для этих целей продукта, в ко-

бе, если продукт содержит, а в способе

следующая ситуация: согласно действу-

тором использованы изобретение или

использован каждый признак изобрете-

ющему законодательству изобретение

полезная модель, и др.), совершение ко-

ния, приведенный в независимом пун-

или полезную модель признать ис-

торых является исключительным правом

кте содержащейся в патенте формулы

пользованной нельзя, а по законода-

патентообладателя. Если эта дата ранее

изобретения, либо признак, эквивалент-

тельству, действовавшему до 1 октября

1 октября 2014 года, а решение прини-

ный ему и ставший известным в качестве

2014 года, - можно. В этом случае, учиты-

мается в период действия измененного

такового в данной области техники до

вая толкование КС РФ правил действия

законодательства, то при определении,

даты приоритета изобретения. Ранее

актов гражданского законодательства

используется ли изобретение или полез-

известность эквивалентности опреде-

во времени, при решении вопроса о на-

ная модель в продукте, необходимо ру-

лялась на другую дату - до совершения

рушении патента следует принимать во

ководствоваться положениями пункта 3

в отношении соответствующего продук-

внимание дату совершения предпола-

статьи 1358 ГК РФ в действовавшей до

та или способа действий, предусмотрен-

гаемым нарушителем перечисленных

1 октября 2014 года редакции.

ных пунктом 2 статьи 1358 ГК РФ.

в пункте 2 статьи 1358 ГК РФ действий

При установлении использования

(ввоз на территорию Российской Фе-

Краснов Л.А.

полезной модели в продукте исключе-

дерации, изготовление, применение,

Редакция журнала «Электроника

на имевшая место ранее возможность

предложение о продаже, продажа, иное

и электрооборудование транспорта»

Об ознакомлении с документами заявки

на выдачу патента на изобретение,

полезную модель, промышленный образец

Введены в действие Администра-

Ознакомление с документами заявки

ными датой и временем ознакомления.

тивный регламент предоставления Фе-

и выдача копий таких документов осу-

Выдача копий документов заявки

деральной службой по интеллектуаль-

ществляются по ходатайству любого лица.

осуществляется после уплаты соответ-

ной собственности государственной

Ознакомление с документами возможно

ствующей пошлины.

услуги по ознакомлению с документами

в том случае, если опубликованы сведе-

Установленный порядок не приме-

заявки на выдачу патента на изобрете-

ния о заявке, которая не отозвана и не

няется к заявкам на секретное изобре-

ние, полезную модель, промышленный

признана отозванной на дату публикации

тение, а также к сведениям, доступ к ко-

образец и выдаче копий таких докумен-

(если ходатайство подано лицом, не явля-

торым ограничен законодательством

тов и Порядок ознакомления с докумен-

ющимся заявителем по заявке), а запро-

Российской Федерации.

тами заявки на выдачу патента на изо-

шенные документы имеются в заявке и не

бретение, полезную модель, промыш-

истек срок их хранения. Ознакомление

Краснов Л.А.

ленный образец и выдачи копий таких

с документами заявки осуществляется

Редакция журнала «Электроника

документов.

в Роспатенте в соответствии с согласован-

и электрооборудование транспорта»

Информация

№ 1 2016

Сведения об авторах

д.э.н.

Попов Юрий Иванович

Владимиров Сергей Арсеньевич

+7 499 262 73 62

+7 812 328 78 02

д.т.н., профессор

Петровский Сергей Валерьевич

Плакс Алексей Владимирович

+7 927 702 64 95

+7 911 756 77 27

к.т.н.

Штанг Александр Александрович

Доманов Виктор Иванович

+7 905 954 71 23

+7 8422 41 18 63

д.т.н., профессор

к.т.н.

Бадер Михаил Петрович

Сурайкин Александр Иванович

+7 495 684 22 87

+7 927 171 25 67

д.т.н., профессор

Герман Леонид Абрамович

+7 908 769 94 26

ТРЕБОВАНИЯ К РЕКЛАМНЫМ И АВТОРСКИМ МАТЕРИАЛАМ

Рекламные материалы принимаются в форматах «.cdr», «.eps» или «.tif» (300 dpi). Цветовая модель - CMYK.

Все шрифты должны быть переведены в кривые.

Авторские материалы. Текст статьи в формате «.doc» (Microsoft Word). Обязательно наличие аннотации, ключевых

слов и списка используемой литературы. Название статьи, аннотация и ключевые слова должны быть переведены на

английский язык. Все рисунки в форматах «.cdr» или «.eps», фотографии - в формате «.tif» (300 dpi). Каждый рисунок или

фотография должны быть представлены отдельным файлом.

СТОИМОСТЬ ГОДОВОЙ ПОДПИСКИ:

Печатные материалы, используемые в журнале, являются

(6 номеров) - 6 000 руб., в т.ч. НДС 18%

собственностью редакции.

Оформить подписку можно:

- через редакцию - необходимо направить по факсу или

электронной почте заявку с указанием банковских рекви-

При перепечатке ссылка на журнал обязательна.

зитов, наименования организации (фирмы), точного почто-

вого адреса и количества комплектов журнала.

Тел./факс: (495) 500-40-20, 557-23-95,

Полученные материалы не возвращаются.

e-mail: npptez@mail.ru;

- через ОАО «Агентство Роспечать» - по Каталогу изданий

органов научно-технической информации 2016 г., индекс

Редакция оставляет за собой право корректорской

59990.

и редакторской правки публикаций без согласования

с авторами.

СТОИМОСТЬ РЕКЛАМЫ:

2-я и 3-я страницы обложки - 24 000 рублей

Журнал распространяется через редакцию по адресной рас-

4-я страница обложки - 30 000 рублей

сылке, через ОАО «Агентство Роспечать», на специализиро-

одна страница внутри журнала - 12 000 рублей

ванных выставках и симпозиумах.