№ 5 2014

Содержание

Периодический рецензируемый

научно-технический журнал

Электронные системы управления,

«Электроника и электрообору-

дование транспорта» является

диагностики, связи

коллективным членом Академии

электротехнических наук РФ.

Слукин А.М., Дебелов В.В., Козловский В.Н., Иванов В.В.

Имитационное моделирование электронной системы

Учредитель и издатель - Научно-

определения вязкости масла в силовом агрегате автомобиля.

производственное предприятие

«Томилинский электронный

Электроснабжение и электрооборудование

завод».

Журнал включен в перечень

Сидорова Н.Н., Третинников О.В.

изданий, рекомендованных

Рекуперативное торможение электровозов постоянного тока.

ВАК для апробации кандидат-

Мишин В.Н., Рулевский В.М., Тарасенко А.А.

ских и докторских диссертаций.

Cистема электропитания универсального многоканального

Свидетельство

телеуправляемого необитаемого буксируемого комплекса.

о регистрации СМИ

Харитонов И.В., Сергеев Б.С.

ПИ №ФС 77-29963

Особенности проектирования узкоградусной линзы

от 17 октября 2007 г.

для светодиодного прожектора локомотива .

Главный редактор:

Герман Л.А., Кишкурно К.В.

А.Г. Бабак, к.т.н.

Рациональная диаграмма напряжений тяговых подстанций

электрифицированного участка переменного тока .

Редакционный совет:

М.П. Бадёр, д.т.н., профессор,

Елгина Г.А., Ивойлов Е.В., Слободян С.М.

Л.А. Герман, д.т.н., профессор,

Влияние замыканий на свойства индуктивности.

В.Н. Дианов, д.т.н., профессор,

Ю.М. Иньков, д.т.н., профессор,

Феоктистов В.П., Шаров В.А., Третинников О.В.

К.Л. Ковалёв, д.т.н., профессор,

Электродинамический тормоз с импульсным регулированием

А.С. Космодамианский, д.т.н.,

для пассажирских электровозов .

профессор,

А.С. Мазнёв, д.т.н., профессор,

Мельниченко О.В., Власьевский С.В.

Г.Г. Рябцев, д.т.н., профессор,

Повышение энергетической эффективности электровоза

В.И. Сарбаев, д.т.н., профессор,

переменного тока за счёт разнофазного управления

В.Е. Ютт, д.т.н., профессор.

инверторами на высших зонах регулирования .

Выпускающий редактор:

Петилава Р.А.

Н.А. Климчук.

Автоматическая организация плановых видов ремонта

грузовых вагонов .

Редакция:

140070, Московская область,

Люберецкий район, п. Томилино,

Мехатронные системы, исполнительные устройства

ул. Гаршина, д. 11

Тел./факс: (495) 500-40-20,

Евстафьев А.М., Якушев А.Я.

(495) 557-23-95

Современные системы управления вспомогательным

E-mail: npptez@mail.ru

электроприводом локомотива.

Сайт: www.npptez.ru

Подписано в печать:

Диагностика и испытания

20.10.2014 г.

Набоких В.А., Озеров В.Г.

Отпечатано:

Особенности диагностирования автомобильных

ГУП МО «Коломенская типография».

140400, г. Коломна,

микропроцессорных систем управления двигателя.

ул. III Интернационала, д. 2а

E-mail: bab40@yandex.ru

Информация

Формат 60х90/8,

бумага мелованная, объем 7 п.л.,

Краснов Л.А.

тираж 1000 экз., заказ 1779.

О новых правилах выплаты вознаграждения за служебные

изобретения, полезные модели, промышленные образцы.

Электронные системы управления,

Диагностики, связи

№ 5 2014

Имитационное моделирование

электронной системы определения вязкости

масла в силовом агрегате автомобиля

// Simulation modeling of electrical system of oil viscosity definition in car power unit //

через алгоритмизацию и построение

Слукин А.М., к.т.н.,

матриц управления, с помощью кото-

ТГУ, г. Тольятти

рых программируются контроллеры

Дебелов В.В., Козловский В.Н., д.т.н., Иванов В.В., д.т.н.,

систем. При этом объективной про-

ПВГУС, г. Тольятти

блемой, препятствующей широкому

В работе представлены результаты

The publication represents the results of

внедрению рассматриваемой элек-

теоретических и эксперименталь-

theoretical and experimental researches

тронной системы в серийный авто-

ных исследований в области разра-

in a field of designing of advanced elec-

мобиль, является невысокий уровень

ботки перспективной электронной

trical system of oil viscosity definition

повторяемости результата измерения

системы определения вязкости мас-

in car power unit.

показателей вязкости масла в силовом

ла в силовом агрегате автомобиля.

Keywords: reliability, car, electrical

Ключевые слова: надежность,

control system.

агрегате с помощью датчиков, когда

автомобиль, электронная система

при использовании датчиков одного

управления.

типа получаются разные результаты,

Анализируя наиболее перспектив-

критерию вязкости масла обеспечи-

разброс которых достигает 20%. Это

ные направления развития легковых

вает более эффективную коррекцию

существенно снижает эффективность

автомобилей, в первую очередь сле-

управляющих сигналов для клапана

их применения и требует новых мето-

дует выделить бортовые электронные

системы VVT, который устанавливает

дов оценки вязкости. С другой сторо-

системы управления, которыми в на-

предпочтительное положение распре-

ны, если разброс параметров датчиков

стоящее время активно насыщаются

делительного вала ДВС.

лежит в пределах 10 - 20%, то появля-

как традиционные автомобили с двига-

Таким образом, разработка элек-

ется необходимость реализации про-

телями внутреннего сгорания, так и ав-

тронной системы управления по

цесса самокалибровки датчика, кото-

томобили с комбинированными энер-

критерию вязкости масла является

рый устанавливается на автомобиль,

гоустановками. Ранее нами рассматри-

перспективной научно-технической

чтобы приблизить показание датчика

вались процессы моделирования и

задачей, решение которой позволит

к реальным значениям и снизить по-

реализации таких электронных систем,

улучшить эксплуатационные показа-

грешность измерения до 5%.

как система регулирования скорости

тели автомобилей.

В представленной работе решает-

движения автомобиля, система управ-

Решение поставленной задачи за-

ся задача построения математической

ления газораспределением (VVT), си-

ключается в комплексном интегриро-

модели определения вязкости масла

стема «Start-Stop» [1, 2, 3, 4]. Такие

вании электротехнической и электрон-

в силовом агрегате. При этом принцип

системы обеспечивают повышение

ной систем с алгоритмическими про-

работы датчика определения вязко-

эффективности легкового автомоби-

граммными структурами, построенными

сти основан на измерении параметров

ля за счет улучшения экологичности,

на базе результатов эксперименталь-

движения магнитной пластины

(кон-

топливной экономичности, комфорта-

ных исследований изменения вязко-

такт-детали), управляемой магнитным

бельности эксплуатации. Но при этом

сти масла в зависимости от факторов,

полем. Разработанная математическая

в алгоритмах своей работы они не

образующих условия эксплуатации

модель описывает динамику чувстви-

учитывают по крайней мере один из

автомобиля. Действительно, темпе-

тельного элемента, заполненного ди-

важных параметров, обеспечивающих

ратурные режимы работы силового

электрической жидкостью, с учетом

требуемый уровень характеристик ра-

агрегата, эксплуатационный пробег,

ее плотности, вязкости и температуры

боты двигателя внутреннего сгорания

характеристики масла и т. д. являются

окружающей среды, демпфирующего

(ДВС), а именно

- вязкость масла.

важными первичными показателями

эффекта жидкостной пленки в обла-

Между тем, обладая комплексом дан-

при организации работы по проекти-

сти перекрытия контактных деталей

ных о вязкости масла в ДВС, в рамках

рованию рассматриваемой системы.

чувствительного элемента при их сра-

электронной системы можно в значи-

В настоящее время разработка по-

батывании и отпускании. Модель раз-

тельной степени улучшить технико-

добных электронных систем реализу-

работана в среде MATLAB Simulink,

экономические показатели работы как

ется на основе накопления баз данных,

что позволяет подтвердить теорети-

силового агрегата, так и автомобиля в

отражающих исследуемые взаимос-

ческие рассуждения, сравнив резуль-

целом. Дополнительно управление по

вязи между ключевыми параметрами

таты ее работы с экспериментальными

Электронные системы управления,

Диагностики, связи

№ 5 2014

данными. Кроме этого, разработан-

ная имитационная структура улучша-

ет процесс выбора геометрических

форм чувствительного элемента дат-

чика, и, что не менее важно, модель

удобна для перевода в программный

код на языке СИ, что способствует ее

дальнейшему развитию в практике ав-

томобилестроения.

Динамические характеристики чув-

ствительного элемента, управляемого

катушкой с током, описываются урав-

нениями

U =

(1)

dΛ

−

(iN)

dδ

(2)

(m+ m′)

+A(

)

Рис. 1. Структура имитационной модели определения вязкости масла в силовом

(3)

агрегате автомобиля.

где U - напряжение источника питания,

вания контакт-детали при протекании

(1000…1200 кг/м³). Электропровод-

- ток, R - сопротивление обмотки,

тока через катушку, а также отражена

ность раствора позволяет наблюдать

L - индуктивность катушки, N - чис-

зависимость времени срабатывания си-

на осциллограммах колебания кон-

ло витков обмотки управления, Ʌ_n -

стемы. Полученные результаты созда-

такт-деталей, что невозможно при за-

полная магнитная проводимость си-

ют предпосылки для рационального

полнении чистыми диэлектриками. По

стемы, Рэ - электромагнитное усилие,

подбора геометрических параметров

осциллограммам для газонаполненно-

чувствительного элемента.

го геркона время замыкания составля-

Рд - сила давления контакт-деталей

на жидкость, m - приведенная масса

Для подтверждения эффектив-

ет tз = 0,9 мс, а с раствором глицерина

контакт-детали, t - время, x - переме-

ности предложенной имитационной

вязкостью 0,062 Па∙с - tз = 1,45 мс,

щение, δ - текущее значение зазора,

структуры результаты теоретических

что удовлетворительно совпадает

А - коэффициент гидродинамическо-

исследований модели проверены

с теоретическим расчетом. Хорошее

го сопротивления, В - коэффициент

в рамках эксперимента на герконе типа

совпадение результатов наблюдается

вязкого трения, С - жесткость кон-

КЭМ-1 с обмоткой. Получены опыт-

у заполнителей с промежуточными

такт-детали, dL/dt - изменение индук-

ные данные, характеристики которых

свойствами. Отклонение теоретиче-

тивности в результате движения кон-

близки к данным, полученным при

ских результатов от опытных данных

такт-деталей.

теоретическом моделировании. В ка-

возрастает с увеличением вязкости за-

Структура имитационной модели

честве модели жидкости-заполнителя

полнителя.

в среде MATLAB Simulink представле-

предложен водный раствор глицери-

Таким образом, предложенная

на на рис. 1. В модель включены пара-

на, изменение концентрации которого

математическая имитационная модель

метры, которые определяют каждую

дает возможность изменять вязкость

динамики движения магнитной пласти-

исследуемую жидкость отдельно. До-

в пределах η = 0,001…1,49 Па∙с при

ны, погруженной в диэлектрическую

полнительно присутствуют параметры,

незначительном изменении плотности

жидкость, адекватно описывает про-

отражающие геометрические размеры

чувствительного элемента и характер

его движения в вязкой среде. Также

в состав модели входят блоки, опре-

деляющие параметры катушки и тем-

пературные характеристики окружаю-

щей среды, при которых проводятся

измерения жидкости заполнителя.

Кроме этого, учитываются физические

свойства проводимости контакт-дета-

ли и зазора.

На рис. 2 представлены результа-

ты работы этой модели. Здесь пока-

Рис. 2. Графики срабатывания контакт-детали в результате подачи импульса

напряжения на катушку управления.

заны значения длительности срабаты-

Электронные системы управления,

Диагностики, связи

№ 5 2014

цессы движения контакт-детали при

Литература:

монографий. В настоящее время работает про-

срабатывании и отпускании. Она по-

1. Козловский, В.Н. Моделирование электрон-

фессором в Поволжском государственном уни-

ной системы VVT управления двигателем легко-

верситете сервиса.

зволяет подобрать геометрические

вого автомобиля // В.Н. Козловский, В.И. Стро-

параметры чувствительного элемента

ганов, В.В. Дебелов, М.А. Пьянов // Электро-

Иванов Виктор Васильевич - окончил Куй-

датчика для проведения измерений

ника и электрооборудование транспорта.

бышевский электротехнический институт связи.

вязкости жидкости. Модель обладает

2014. - №4. - С. 5 - 13.

Доктор технических наук, в 2006 году защитил

универсальностью, так как позволяет

2. Дебелов, В.В. Электронная система регули-

докторскую диссертацию на тему: «Генератор-

рования скорости движения автомобиля в ре-

ные преобразователи повышенной чувстви-

выразить любой параметр как для рас-

жимах поддержания и ограничения скорости

тельности для систем управления и контроля».

чета катушки управления, геометриче-

// В.В. Дебелов, В.И. Строганов, В.В. Иванов,

В настоящее время работает деканом факуль-

ских размеров сенсора, так и промо-

тета информационного и технического сервиса

В.Е. Ютт, В.Н. Козловский // Грузовик. - 2013. -

делировать характер изменения вяз-

№12. - С. 19 - 24.

Поволжского государственного университета

кости жидкости для чувствительного

3. Строганов, В. И. Комплекс электронных си-

сервиса, профессор кафедры «Информацион-

элемента, геометрические параметры

стем управления движением легкового автомо-

ный и электронный сервис». Автор более 100

биля с комбинированной силовой установкой.

научных работ.

которого известны.

Часть 1. // В.И. Строганов, В.Н. Козловский,

Результаты моделирования и экс-

В.В. Дебелов, М.А. Пьянов // Электротехни-

Slukin Anatoliy - was born in 1938. In 1967 he

периментальных исследований по-

ческие и информационные комплексы и систе-

graduated from Kuybyshev Polytechnic Institute.

зволяют сделать вывод о примени-

мы. - 2014. - №1. - С. 40 - 49.

Candidate of Technical sciences, assistant profes-

мости разработанной имитационной

4. Строганов, В.И. Комплекс электронных си-

sor. He defended the thesis on the topic: «Re-

стем управления движением легкового автомо-

search of magnetically operated contacts filled

структуры для определения вязкости

биля с комбинированной силовой установкой.

with viscous fluid». Work experience is more

жидкости по времени срабатывания

Часть 2. // В.И. Строганов, В.Н. Козловский,

than 40 years. At present he works as an assistant

контакт-деталей. Полученные дан-

В.В. Дебелов, М.А. Пьянов // Электротехни-

professor of «Industrial electronics» department

ные обладают высокой степенью

ческие и информационные комплексы и систе-

of Togliatti State University. He has more than 60

повторяемости (до 98%) при соблю-

мы. - 2014. - №2. - С. 19 - 29.

scientific works.

дении условий: температура окружа-

Cлукин Анатолий Михайлович - родился

Debelov Vladimir - in 2012 has graduated

ющей среды 20÷25 °C; отсутствие

в 1938 году. В 1967 году окончил Куйбышев-

from Tolyattinskiy state university with a special-

источников инфракрасного и иного

ский политехнический институт. Кандидат тех-

ization in «Industrial electronics». He is an award

нагрева.

нических наук, доцент. Защитил диссертацию

winner of the scientific and technical conference

Основным назначением разрабо-

на тему:

«Исследование магнитоуправляемых

of young professionals of JSCo «AUTOVAZ». At

танной модели является поиск и опти-

контактов, заполненных вязкой жидкостью».

present he works as engineer of technical devel-

Опыт работы - более 40 лет. В настоящее

opment top management in JSCo «AUTOVAZ».

мизация конструкции чувствительного

время работает доцентом кафедры «Промыш-

He is also a postgraduate student at Povolzhskiy

элемента и соответствующей системы

ленная электроника» Тольяттинского государ-

state service university, an author of 7 scientific

управления.

ственного университета. Автор более 60 науч-

works.

Перспективы развития разработан-

ных работ.

ной структуры заключаются в ее инте-

Kozlovskiy Vladimir - is an engineer, special-

грации с электронной системой управ-

Дебелов Владимир Валентинович - в 2012

ization is «Car and tractor electric equipment»,

году окончил Тольяттинский государственный

in 1999 he graduated from Tolyatty Polytechnic

ления автомобилем VVT с целью обе-

университет по специальности

«Промышлен-

Institute. Doctor of Engineering. In 2010 he de-

спечения повышения эффективности

ная электроника». Лауреат научно-технической

fended a Dphil, the theme is: «Quality and safety

работы силового агрегата через изме-

конференции молодых специалистов ОАО

assurance of car electric equipment system». The

рение параметров вязкости масла. Это

«АВТОВАЗ». В настоящее время работает ин-

author of more than 80 scientific works, including

приобретает принципиально важное

женером дирекции технического развития ОАО

two monographs. At present he is a professor in

значение, особенно при значительном

«АВТОВАЗ» и является аспирантом Поволж-

Povolzhye state service university.

ского государственного университета сервиса.

износе масла, так как при его старении

Автор 7 научных работ.

Ivanov Victor - has graduated from Kuiby-

меняются физико-химические свой-

shevskiy electronic technical communication

ства, что в значительной степени по-

Козловский Владимир Николаевич - ин-

institute. He is a Doctor of Engineering Science,

вышает риски механического износа и

женер по специальности

«Электрооборудо-

in 2006 he defended a doctorate thesis on «Hy-

отказов ДВС.

вание автомобилей и тракторов», в 1999 году

persensitive generator transducers for control

окончил Тольяттинский политехнический ин-

and monitor systems». At present he works as

Статья подготовлена в рамках ра-

ститут. Доктор технических наук. В 2010 году

dean of the information and technical service

боты над грантом Президента РФ по

защитил докторскую диссертацию на тему:

faculty at Povolzhskiy state service university,

поддержке молодых ученых - док-

«Обеспечение качества и надежности систе-

a professor of the department «Information and

торов наук на 2014 - 2015 годы, МД-

мы электрооборудования автомобилей». Ав-

E-services», an author of more than 100 scien-

2782.2014.8.

тор более 80 научных работ, в том числе двух

tific works.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

Рекуперативное торможение электровозов

постоянного тока

// Recuperative braking for DC electric locomotives //

Сидорова Н.Н., д.т.н., доцент,

являлись ее недостатки, связанные с

Третинников О.В.,

завышенной мощностью источника Г

МГУПС (МИИТ), г. Москва

для питания ОВ1-ОВ2. Установленная

Рассмотрены основные этапы раз-

The main stages in the development of

мощность Г должна быть рассчитана,

вития систем рекуперативного

recuperative braking systems of freight

исходя из суммарного тока двух или

торможения грузовых электровозов

locomotives DC. Particular attention

трех параллельных ветвей

постоянного тока. Особое внимание

is paid to ensuring the stability of the

уделяется обеспечению устойчиво-

electromagnetic process. The expediency

(1)

сти электромагнитного процесса.

of the transition from the rotary con-

Обоснована целесообразность пере-

verter to power the field winding of the

и напряжения

хода от электромашинного преобра-

static inverter DC voltage. Indicated the

зователя для питания обмоток воз-

possibility of improving the properties

(2)

буждения к статическому преобра-

of adjusting automatic control system

зователю напряжения постоянного

on the basis of the static converter.

где R_B - сопротивление каждой об-

тока. Указаны возможности улучше-

Keywords: railroad, electric, direct cur-

мотки ОВ.

ния регулировочных свойств системы

rent, electric braking, recuperation, trac-

Следовательно, мощность преоб-

автоматического регулирования на

tion electric motors, inverter.

разователя с генератором Г в 3-3,5

базе статического преобразователя.

Ключевые слова: железная дорога,

раза выше требуемой для питания об-

электровозы, постоянный ток, элек-

моток возбуждения ОВ1-ОВ2, то есть

трическое торможение, рекуперация,

тяговые электрические двигатели,

(3)

статический преобразователь.

Поэтому на электровозах после-

Рекуперативное торможение реа-

процессам при коротких замыканиях,

дующих серий (ВЛ10, ВЛ11) схема

лизуют путем переключения тяговых

что требует специальных аппаратов

рекуперации выполнена без RC, а ге-

электродвигателей ТЭД в генератор-

защиты;

нератор Г имеет дополнительную об-

ный режим. Большинство электровозов

• при управлении рекуперацией не-

мотку ОВВ, включенную в цепь якор-

имеют коллекторные ТЭД постоянно-

обходимо регулировать тяговый элек-

ных обмоток ТЭД 1-2 и работающую

го тока последовательного возбужде-

тропривод с учетом нескольких пара-

по принципу встречного возбуждения.

ния, но при рекуперации для обеспе-

метров (ток рекуперации, ток возбуж-

Противокомпаундирование реа-

чения устойчивости электромагнитного

дения, напряжение на токоприемнике,

лизуется при помощи этой обмотки,

процесса в системе «электровоз в гене-

коэффициент ослабления возбужде-

причем один генератор предусматри-

раторном режиме - сеть» переключают

ния); сохраняются также и функции,

вают на две цепи тяговых двигателей,

ТЭД на независимое возбуждение [1].

реализуемые в тяговом режиме, напри-

поэтому он должен иметь две обмот-

При этом возникает ряд проблем:

мер, защита от избыточного скольже-

ки ОВВ и основную обмотку H. Ис-

• необходим низковольтный ис-

ния колесных пар, перегрузок и т. д.

ключение RC улучшает энергетику

точник постоянного тока для питания

Рекуперацию начали применять

системы рекуперации, но выявляются

обмоток возбуждения мощностью

уже на первых электровозах ВЛ19,

сопутствующие недостатки:

45 - 55 кВт;

используя для этого одноякорный

• реализация обратной связи через

• ТЭД, включенные по схеме гене-

машинный преобразователь посто-

магнитную систему генератора Г ха-

раторов независимого возбуждения,

янного напряжения 3 кВ для питания

рактеризуется замедленным быстро-

имеют жесткие нагрузочные характе-

обмоток возбуждения [2]. Использо-

действием, что ухудшает качество

ристики, что затрудняет распределе-

вали схему со стабилизирующим ре-

противокомпаундирования в переход-

ние нагрузки по параллельным цепям

зистором RC (рис. 1а), обеспечиваю-

ных режимах;

генераторов и вызывает резкие изме-

щую противокомпаундирование ТЭД

• особенно актуальной становится

нения тока при скачках напряжения в

в генераторном режиме. Ее применяли

проблема защиты от коротких замы-

контактной сети;

на электровозах ВЛ19, ВЛ22, ВЛ8, но

каний (КЗ), в том числе и от внешних

• генератор независимого возбуж-

по мере увеличения мощности тяго-

КЗ. В схеме с RC эта защита реали-

дения склонен к тяжелым аварийным

вых двигателей все более четко про-

зуется автоматически путем реверси-

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

Преимущества статического пре-

образователя определяются его вы-

соким быстродействием, что позво-

ляет полностью автоматизировать

процесс торможения по принципу

задания тока рекуперации при по-

мощи задающего элемента ЗЭ. Этот

регулятор выполняется по известному

принципу, реализованному в системах

САУРТ-034 и АСУР-021, разработан-

ных в МИИТе [6]. Контур регулиро-

вания содержит элемент сравнения

ЭС, пропорционально-интегральный

регулятор ПИР и блок управления БУ

тиристорами Т1-Т2.

Поддержание заданного значения

тока рекуперации осуществляется

с учетом ограничений по напряжению

U на токоприемнике, по току возбуж-

дения IB, а также по коэффициенту

регулирования магнитного потока

ТЭД. Последнее ограничение при

Рис. 1. Системы рекуперации электровозов постоянного тока:

а) со стабилизирующим сопротивлением RC;

регулировании электрического тормо-

б) с противовозбуждением генератора Г;

жения представляют как

в) на базе статического преобразователя.

(4)

рования тока в ОВ1-ОВ2. В схему по

из-за большой индуктивности обмо-

рис. 1б для этого введен быстродей-

ток ОВ1-ОВ2.

где β - коэффициент ослабления воз-

ствующий контактор БК.

Недостаток выпрямителя Т1-Т2 по

буждения ТЭД, минимальное значе-

Следующий этап развития реку-

сравнению с генератором Г состоит в

ние которого нормируют по условиям

перативного торможения связан с

том, что в процессе защиты от КЗ раз-

коммутации на коллекторе. Для элек-

заменой машинного источника Г ста-

мыкание БК не приводит к реверсиро-

тровозов ВЛ11М при β_min=0,4 имеем

тическим преобразователем напряже-

ванию тока IB, поскольку выпрямитель

γ_max=2,5.

ния контактной сети, выполненным на

не пропускает ток в обратном направ-

Ограничительные функции выпол-

базе автономного инвертора с выход-

лении. Поэтому выпрямитель должен

няют элементы Э1-Э3, на выходах

ным трансформатором [3]. Такие пре-

быть зашунтирован в обратном на-

которых нормально должны быть от-

образователи целесообразно выпол-

правлении тиристором Т3; его вклю-

рицательные значения

нять универсальными, предусматривая

чают при размыкании БК. Включение

питание от них всех нетяговых нагру-

Т3 вызывает короткое замыкание в

(5)

зок (вспомогательные машины, заряд

системе «трансформатор - выпрями-

аккумуляторов, цепи управления и

тель», поэтому она должна быть снаб-

др.) [4]. Такой многофункциональный

жена соответствующей защитой, или

которые блокируются диодами и не

преобразователь существенно улуч-

ее нужно рассчитать на кратковремен-

влияют на работу контура регулиро-

шает качество функционирования

ную работу в режиме короткого за-

вания iР. Если же любая из рассматри-

электровоза.

мыкания, например, путем повышения

ваемых величин превысит заданное

Переход на питание обмоток воз-

индуктивности рассеяния Тр.

ограничение, то соответствующая

буждения от статического преобра-

Таким образом, переход на ста-

разность

(5) будет положительной.

зователя СП обычно реализуют по

тический преобразователь обеспечи-

Через логический блок ЛБ она посту-

схеме, изображенной на рис. 1в [5].

вает значительные преимущества, но

пит на ЭС и приведет к снижению IB

Переменное напряжение U~ c вы-

для некоторых режимов необходима

и той величины из указанных в (5), ко-

хода многофункционального пре-

дополнительная проработка взаимо-

торая превышает заданное ограниче-

образователя поступает на раздели-

действия преобразователя с силовой

ние. Эти ограничения задают заранее

тельный трансформатор Тр, к выходу

частью электровоза. Нужно учесть

путем настроек системы, а фактиче-

которого подключен выпрямитель на

опыт использования рекуперации на

ские значения всех рассматриваемых

тиристорах Т1-Т2. Он выполнен по

электропоездах, в частности, на по-

величин замеряют датчиками тока и

нулевой схеме и питает обмотки двух-

ездах наиболее массовых серий ЭД2

напряжения. Значения этих величин в

пульсным напряжением, но ток воз-

и ЭД4 всех модификаций, где защита

силовых цепях электровоза обозна-

буждения практически не пульсирует

выполнена без БК.

чены большими латинскими буквами,

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

а отображающие их низковольтные

После эксплуатационных испытаний

Сидорова Наталья Николаевна - родилась

сигналы в контуре автоматического

и доработки систему со статическим

в 1950 году. В 1972 году окончила Московский

регулирования - такими же прописны-

преобразователем

целесообразно

институт инженеров транспорта (МИИТ) по специ-

ми буквами.

использовать для модернизации элек-

альности «Электроснабжение железных дорог».

Быстродействие системы со

тровозов ВЛ10 и ВЛ11 в процессе их

Доктор технических наук, доцент. В 2001 году

статическим преобразователем по

заводского ремонта.

защитила диссертацию по теме: «Энергоемкость

крайней мере на порядок выше, чем

перевозочного процесса в электрической тяге по-

у машинного

(электромеханическо-

Литература:

ездов и обоснование путей энергосбережения».

го) преобразователя. Здесь особое

1. Трахтман Л.М. Электрическое торможение

Опыт работы - 39 лет. В настоящее время рабо-

значение имеют параметры ПИР,

электроподвижного состава. - М.: Транспорт,

тает профессором кафедры «Электропоезда и

которые должны соответствовать

1965. - 201 с.

локомотивы» МГУПС (МИИТ). Имеет свыше 60

постоянной времени объекта регули-

2. Калинин В.К. Электровозы и электропоез-

научных трудов, включая 9 изобретений.

рования, то есть ТЭД. Максимальное

да. - М.: Транспорт, 1991. - 480 с.

быстродействие необходимо для

3. Бурков А.Т. Электронная техника и преоб-

Третинников Олег Владимирович - ро-

отработки воздействий от контакт-

разователи: Учебник для вузов ж/д транспорта -

дился в

1987 году. В

2009 году окончил

ной сети. При регулировании других

М.: Транспорт, 1999. - 464 с.

МГУПС (МИИТ) по специальности «Электри-

переходных процессов нужно учи-

4. Ройтман А.С., Яцук В.Г. Высоковольтный пре-

ческий транспорт железных дорог». Опыт ра-

тывать продольную динамику поез-

образователь напряжения для пассажирских ва-

боты - 7 лет. В настоящее время работает про-

да: включение тормоза выполняют

гонов. Патент РФ № 2282933 кл. H02M3/335,

граммистом 1 категории в ИЭФ МИИТ. Имеет

с предварительным сжатием поезда

опубл. 27.08.2006.

2 научные публикации.

усилием примерно 60 кН, интенсив-

5. Электровоз ВЛ15С. Техническое описание:

ность нарастания тормозной силы

раздел «Рекуперативное торможение», ТЭВЗ,

Sidorova Natalya - was born in 1950. In 1972

должна быть ограничена даже при

2005.

she graduated from Moscow transport engineer

резких изменениях выходной вели-

6. Иньков Ю.М., Фельдман Ю.И. Электропод-

institute (MIIT) with specialization in «Electrical

чины ЗЭ. Для пассажирских поездов

вижной состав с электрическим торможением:

supply of rail roads». She is a Doctor of Engi-

должно соблюдаться ограничение по

Учебное пособие для вузов ж/д трансп. - М.:

neering, docent. In 2001 she defended a thesis

интенсивности изменения замедления

ГОУ «УМЦ ЖДТ», 2008. - 412 с.

on the subject: «Energy capacity of the traffic in

по критерию К. Хорвата [7]

7. Horvat K. Ueber die Bedeutung des Ruckes

train electric traction and explanation of ways of

und zeitlichen Aenderung der Beschleunigung der

energy conservation». She has 39 years of work

(6)

Schienenfahrzeuge // Periodica Politechnica. TU

experience. At present she works as professor

Характерна тенденция модифи-

Budapest, 1973, v.1, s. 12-19.

at the department «Electrical trains and locomo-

цировать характеристики ТЭД путем

8. Пыров А.Е., Левашов П.Ю. Система сме-

tives» in MGUPS (MIIT). She has more than 60

воздействия на ток возбуждения при

шанного возбуждения тяговых электродвига-

scientific works, including 9 patents.

помощи быстродействующих систем

телей электровоза. Патент РФ № 2371332 кл.

управления

(в тяговом и тормозных

B60L9/04, от 27.10.2009.

Tretinnikov Oleg - was born in 1987. In 2009

режимах). Такую модификацию на-

9. Мазнев А.С., Баранов В.А. Импульсные ре-

he graduated from MGUPS (MIIT) with special-

зывают смешанным [8] или последо-

гуляторы в цепях тяговых двигателей при по-

ization in «Electrical transport of rail roads». He

вательно-независимым возбуждением

следовательно-независимом возбуждении

has 7 years of work experience. At present he

[9] и начинают использовать, напри-

Электроника и электрооборудование транспор-

works as first class programmer in IEF MIIT. He

мер, на новых электровозах

2ЭС6.

та, 2011, №2-3, стр. 37 - 41.

has 2 scientific works.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

Cистема электропитания универсального

многоканального телеуправляемого

необитаемого буксируемого комплекса

// Power supply system universal multi-channel remotely

operated unmanned towed complex //

лучшие массогабаритные показатели,

Мишин В.Н., к.т.н., Рулевский В.М., к.т.н.,

высокую надежность и ресурсоэф-

Научно-исследовательский институт автоматики

фективность.

и электромеханики ТУСУР, г. Томск

На рис. 1 представлена общая схе-

Тарасенко А.А.,

ма телеуправляемого необитаемого

Государственный научный центр «Южморгеология»,

буксируемого комплекса, подключен-

г. Геленджик

ного к сети обеспечивающего судна

В работе рассмотрен основной

The article discusses the basic principle

(СЭП ТНБК), которая условно состо-

принцип построения системы

of the power supply system of universal

ит из двух частей: СЭП бортовой (БЧ)

электропитания универсального

multi-channel remotely operated un-

и подводной части (ПЧ). СЭП БЧ рас-

многоканального телеуправляемого

manned towed complex. The structural

положена на борту обеспечивающего

необитаемого буксируемого ком-

scheme of the power supply remotely

плекса. Предложена структурная

operated unmanned towed complex en-

судна, питание ее осуществляется от

схема системы электропитания

ergy transfer in cable-tether AC voltage

трехфазной судовой сети, основной

телеуправляемого необитаемого

high frequency, which allows to solve

или резервной, напряжением 380 В,

буксируемого комплекса с передачей

the problem of increasing the power

частотой 50 Гц. Напряжение с выхода

энергии по кабель-тросу переменным

density of the underwater part and im-

СЭП БЧ передается по кабель-тросу

напряжением повышенной частоты,

prove its weight and dimensions.

которая позволяет решить задачи

Keywords: power supply system, remote-

на СЭП ПЧ, устанавливаемую на га-

увеличения удельной мощности под-

ly operated unmanned towed complex,

раже-заглубителе и телеуправляемом

водной части и улучшения ее массо-

structural scheme.

необитаемом подводном аппарате

габаритных показателей.

(ТНПА).

Ключевые слова: cистема электро-

В современных системах подво-

питания, телеуправляемый не-

обитаемый буксируемый комплекс,

дного оборудования с дистанционным

структурная схема.

управлением используется в качестве

составной части гараж-заглубитель,

Возросший объем геологоразве-

ют важное значение при проектирова-

в котором может размещаться ТНПА

дочных, поисково-оценочных и дру-

нии подводных комплексов [1].

при его доставке на глубину. Гараж-

гих видов работ на отдельных участ-

Целью данной работы является

заглубитель в своем составе имеет

ках морского дна, а также в глубо-

разработка системы электропита-

кабину для размещения подводного

ководных районах Мирового океана

ния универсального многоканально-

аппарата, лебедку с барабаном пла-

(до 6000 м) вызвал необходимость

го телеуправляемого необитаемого

вучего кабеля и системой, управляю-

развития нового класса многофунк-

буксируемого комплекса, имеющей

щей длиной свободного плавучего

циональных глубоководных техни-

ческих средств. В наибольшей сте-

пени решению этих задач отвечают

универсальные телеуправляемые не-

обитаемые буксируемые комплексы

(ТНБК).

Применение научно-исследова-

тельской, фотографической и телеви-

зионной аппаратуры на больших глу-

бинах требует использования мощных

осветительных приборов и двигателей

со значительным энергопотреблени-

ем. Суммарная мощность токоприем-

ников ТНБК достигает нескольких

Рис. 1. Общая схема телеуправляемого необитаемого буксируемого комплекса:

десятков киловатт, поэтому вопросы

1 - обеспечивающее судно; 2 - кабель-трос; 3 - гараж-заглубитель;

энергоснабжения данных систем име-

4 - телеуправляемый необитаемый подводный аппарат.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

щих индуктивностей и согласующих

трансформаторов, для чего сердеч-

ники трансформаторов Тр, ТрГЗ и

ТрТНПА изготавливают из аморфных

магнитомягких сплавов, магнитные

проницаемости которых, соответ-

Рис. 2. Система электропитания телеуправляемого необитаемого буксируе-

ственно, выбраны из условия

мого комплекса с передачей энергии по кабель-тросу переменным напряжением

повышенной частоты.

(1)

кабеля между гаражом-заглубителем

ВГЗ-600 и ВГЗ-300, формирующими

где Q_μTр - реактивная мощность транс-

и подводным аппаратом [2]. Гараж-за-

питающие напряжения для гаража-за-

форматора бортовой части системы,

глубитель также позволяет установить

глубителя 600 и 300 В. С выхода пла-

ВАр;

на нем часть блоков СЭП и управле-

вучего кабеля напряжение поступает

QμTрГЗ - реактивная мощность транс-

ния, при этом освобождается допол-

на первичные обмотки согласующе-

форматора гаража-заглубителя, ВАр;

нительное, полезное пространство на

го трансформатора ТрТНПА, распо-

- реактивная мощность

QμTрТНПА

ТНПА и снижается его вес.

ложенного на подводном аппарате.

трансформатора телеуправляемого не-

Питание ТНБК с обеспечивающе-

Вторичные обмотки согласующего

обитаемого подводного аппарата, ВАр;

го судна по кабель-тросу может осу-

трансформатора ТрТНПА соедине-

Q_к - реактивная мощность в ка-

ществляться на переменном и посто-

ны с выпрямителями ВТНПА-600 и

бель-тросе, обусловленная емкост-

янном токе.

ВТНПА-300, формирующими питаю-

ным током, ВАр.

Недостатками СЭП на постоян-

щие напряжения для подводного ап-

Реактивная мощность трансформа-

ном токе являются низкие массогаба-

парата 600 и 300 В.

тора и кабель-троса определяется по

ритные характеристики ПЧ СЭП и ее

Достоинствами данной системы

формулам (2) и (3)

сложность, обусловленная наличием

являются высокие массогабаритные

преобразователей напряжения в ПЧ.

показатели трансформатора ТрГЗ и

Одним из основных путей увеличения

трансформатора ТрТНПА за счет по-

удельной мощности СЭП ПЧ и повы-

вышения частоты питающего напря-

(2)

шения ее надежности является пере-

жения автономным инвертором АИ до

дача энергии по кабель-тросу на пере-

1000 Гц, простота и надежность систе-

где U_Тр - напряжение трансформато-

менном токе повышенной частоты.

мы электропитания подводной части.

ра, В;

На рис.

2 представлена СЭП

Увеличение напряжения и часто-

Х_L=2πfL_Тр - эквивалентное реак-

ТНБК с передачей энергии по кабель-

ты тока в кабель-тросе ведет к воз-

тивное (индуктивное) сопротивление

тросу переменным напряжением по-

растанию емкостной составляющей

трансформатора, Ом;

вышенной частоты, отвечающая всем

тока, дополнительно нагружающего

f - частота, Гц;

требованиям, предъявляемым к совре-

силовые жилы, что приводит к допол-

L_Тр

- индуктивность намагничива-

менным системам электропитания под-

нительным потерям и уменьшает по-

ния трансформатора.

водных аппаратов.

лезную нагрузку. С другой стороны,

БЧ СЭП содержит коммутатор

увеличение напряжения ведет к умень-

(3)

сети К, вход которого соединен с су-

шению составляющей величины тока,

довой сетью. С коммутатора К напря-

зависящего от полезной мощности

где U_к - напряжение в кабель-тросе, В;

жение через фильтр радиопомех ФРП

ТНБК. Поэтому существует оптималь-

- эквивалентное реактивное

Хс

поступает на выпрямитель В, затем че-

ное соотношение, связывающее вели-

(емкостное) сопротивление кабель-

рез фильтр Ф - на трехфазный авто-

чины напряжения и частоты, при кото-

троса, Ом.

номный инвертор АИ, который повы-

рых масса и стоимость СЭП, включая

Индуктивность

намагничивания

шает частоту питающего напряжения

стоимость кабель-троса, минимальны.

трансформатора может быть опреде-

до 1000 Гц. Выход инвертора АИ со-

Компенсация емкостного тока воз-

лена из выражения

единен с первичными обмотками по-

можна с помощью компенсирующих

вышающего трехфазного трансфор-

дросселей, устанавливаемых на вы-

(4)

матора Тр, который, в свою очередь,

ходе БЧ СЭП и на входе ПЧ. Рас-

повышает напряжение до величины

пределение реактивной мощности при

где w - число витков;

UЛэфф=1000÷1500 В, а вторичные

работе в кабель-тросе показано на

μ₀ = 4π×10^-7 - магнитная постоян-

обмотки которого соединены с ка-

рис. 3. Пунктиром показано распреде-

ная, Гн/м;

бель-тросом, связанным с первичными

ление этой мощности, если компенси-

μ - относительная магнитная про-

обмотками трансформатора ТрГЗ ПЧ,

рующий дроссель установлен только

ницаемость сердечника;

установленного на гараже-заглубите-

на одном из концов кабель-троса, то

S - площадь сечения сердечника,

ле. Вторичные обмотки согласующе-

есть только на БЧ СЭП.

м²;

го трансформатора гаража-заглубите-

В настоящее время целесообразно

l - длина средней магнитной линии

ля ТрГЗ соединены с выпрямителями

совместить функции компенсирую-

сердечника, м.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

жения на нагрузках подводного

лет. В настоящее время работает заместителем

аппарата и отвечает основным

директора по опытно-конструкторским ра-

требованиям, предъявляемым к

ботам Научно-исследовательского института

современным СЭП ТНБК.

автоматики и электромеханики Томского госу-

Техническое решение, ког-

дарственного университета систем управления

да функции компенсирующих

и радиоэлектроники. Имеет более 30 научных

индуктивностей совмещены с

трудов, 8 патентов.

функциями трансформаторов,

обеспечивает оптимизацию мас-

Тарасенко Андрей Александрович - ро-

согабаритных и стоимостных

дился в 1961 году. В 1984 году окончил Таган-

Рис. 3. Распределение выделяемой реактив-

показателей при разработке си-

рогский радиотехнический институт им. Калмы-

ной мощности в кабель-тросе:

Qк* - реактивная мощность в кабель-тросе,

стем электропитания телеуправ-

кова по специальности «Автоматика и телеме-

в относительных единицах;

ляемых подводных комплексов

ханика». Опыт работы - 30 лет. В настоящее

lк*- длина кабель-троса, в относительных

нового поколения. Уменьшение

время работает заместителем генерального

единицах.

габаритов и массы, по сравне-

директора по опытному производству и науке

Применение указанного техниче-

нию с применением отдельных ком-

Государственного научного центра «Южморге-

ского решения обеспечивает оптими-

пенсирующих дросселей, составляет

ология», г. Геленджик. Имеет 5 патентов, более

зацию массогабаритных и стоимост-

1,5 - 2 раза.

12 публикаций. Награжден Медалью 2 степени

ных показателей СЭП. Уменьшение

к ордену «За заслуги перед Отечеством».

габаритов и массы, по сравнению с

Литература:

применением отдельных компенсиру-

1. Подводные аппараты для геологических ис-

Mishin Vadim - was born in 1939. In 1962 he

ющих дросселей, составляет пример-

следований / Под. ред. А. М. Игнатова - Гелен-

graduated from Tomskiy Polytechnic Institute

но 1,5 - 2 раза.

джик: ПО «Южморгеология», 1990. - 92 с.

with specialization in «Electrification of industrial

На базе предложенной структур-

2. Ястребов В. С. Телеуправляемые подводные

plants». He is a candidate of Sciences. In 1966 he

ной схемы, представленной на рис. 2,

аппараты. - Л.: Судостроение, 1985. - 232 с.

defended a thesis on the subject «Valve inverter

была разработана система электро-

with artificial commutation». He has 53 years’

питания универсального многоканаль-

Мишин Вадим Николаевич - родился в 1939

work experience. At present he works as divi-

ного телеуправляемого необитаемого

году. В 1962 году окончил Томский политехни-

sion head of the Research institute of automatics

буксируемого комплекса мощностью

ческий институт по специальности «Электрофи-

and electromechanics of TUSUR, Tomsk. He has

10 кВт (рис. 4).

кация промышленных предприятий». Кандидат

more than 80 scientific works, 50 patents.

технических наук. В 1966 году защитил диссер-

Выводы

тацию по теме: « Вентильный преобразователь с

Rulevskiy Viktor - was born in 1980. In 2003

Реализованная структурная схема

искусственной коммутацией». Опыт работы - 53

he graduated from Tomsk Polytechnic University

СЭП ТНБК с передачей энергии по

года. В настоящее время работает заведующим

with a degree in «Electrical engineering, electri-

кабель-тросу переменным напряже-

отделом Научно-исследовательского института

cal machinery and electric technologies». He is

нием повышенной частоты

(рис.

автоматики и электромеханики Томского госу-

a candidate of Technical Sciences. He defended

обеспечивает стабилизацию напря-

дарственного университета систем управления и

the thesis on the topic: «Power supply system of

радиоэлектроники. Имеет

remotely controlled uninhabited machine of big

более 80 научных трудов,

power loading». Work experience is 12 years. At

50 патентов.

the present time he works as a deputy director of

design and experimental works in The Research

Рулевский Виктор Ми-

Institute of Automatics and Electromechanics of

хайлович

- родился в

TUSUR, Tomsk. He has more than 30 publica-

1980 году. В

2003 году

tions and 8 patents.

окончил Томский политех-

нический университет по

Tarasenko Andrey - was born in 1961. In 1984

специальности

«Электро-

he graduated from Taganrog Radioengineering In-

техника, электромеханика

stitute n.a. Kalmykov with a degree in «Automat-

электротехнологии».

ics and telemechanics». Work experience is 30

Кандидат технических наук.

years. At the present time he works as a Deputy

Защитил диссертацию по

General Director of trial production and science

теме:

«Система электро-

in the State Scientific Centre YUZHMORGE-

питания телеуправляемого

OLOGIYA, Gelendzhik. He has 5 patents and

необитаемого

аппарата

more than 12 publications. He was awarded with

Рис. 4. Система электропитания универсального

большой энерговооружен-

the 2d grade medal to the order «For Merit to

многоканального телеуправляемого необитаемого

буксируемого комплекса.

ности». Опыт работы - 12

the Fatherland».

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

Особенности проектирования узкоградусной

линзы для светодиодного прожектора

локомотива

// Design features of lens narrow degree for LED spotlight locomotive //

потока является трудоемкой и эконо-

Харитонов И.В.,

мически неэффективной задачей.

Сергеев Б.С., д.т.н., профессор,

Причина этого заключается в том,

УрГУПС, г. Екатеринбург

что при соизмеримых размерах СТ

Рассмотрены особенности фо-

In this work shows: the features of

и вторичной оптики на одну и ту же

кусировки излучения светодиода

focusing of LED spotlights for locomo-

точку оптики световые лучи от разных

прожекторов локомотивов желез-

tives, the results of designing of lens

точек СТ, которое уже нельзя считать

нодорожного транспорта. Приве-

narrow degree for LED with the effect of

дены результаты проектирования

total internal reflection, the results of

точечным, падают под разными угла-

узкоградусной линзы светодиода с

simulations in the TracePRO programm.

ми, что в конечном итоге приводит к

эффектом полного внутреннего от-

Practical results of this work is used in

достаточно большой ширине пучка

ражения. Показаны результаты мо-

commercially sold locomotives.

отраженного света [8], что увеличива-

делирования разработанной опти-

Keywords: locomotive, spotlight, sec-

ет угловой размер элементарных ото-

ческой системы в пакете TracePRO.

ondary optics, LEDs, safety standards,

Практические результаты работы

the effect of total internal reflection

бражений СТ.

внедрены на серийно выпускаемых

of light.

На рис. 1 приведена иллюстрация

локомотивах.

распространения светового потока

Ключевые слова: локомотив, прожек-

для двух размеров светового тела.

тор, вторичная оптика, светодиоды,

Если размеры СТ пренебрежимо

нормы безопасности, эффект полно-

го внутреннего отражения света.

малы, что соответствует точке СТ1,

то угловой размер элементарного

В современных локомотивах же-

примерно равен Ф = 8000 Лм [5].

отображения будет равен α = 0. При

лезнодорожного транспорта в по-

Так как основным параметром уз-

конечных размерах СТ (представлено

следнее время в головных источниках

коградусной оптической системы яв-

обозначением СТ2) угловой размер

света

(прожекторах) используются

ляется отношение осевой силы света к

буде равен α. Таким образом, увели-

светодиодные модули, обеспечива-

общему световому потоку излучателя

чение размеров СТ обусловливает

ющие по сравнению с лампами нака-

уменьшение осевой силы света излу-

ливания значительно больший срок

[Кд/Лм]

(характеризу-

чателя.

службы [1] и меньшее потребление

ющий абсолютную высоту пика на

Для уменьшения влияния данно-

электрической энергии [2, 3].

кривой силы света), ламповый про-

го эффекта необходимо увеличивать

Для вновь разрабатываемых локо-

жектор обладает характеристикой

габаритные размеры оптической си-

мотивов требуется выполнение норм

E_ff = 80-120 Кд/Лм.

стемы, поверхность которой требует

безопасности - значений осевой силы

В настоящее время промышлен-

особых высокоточных методов об-

света головных прожекторов, кото-

ностью не выпускаются светодиоды

работки. Исходя из этого, в качестве

рые приведены в таблице 1 [4].

со световым потоком Ф = 8000 Лм.

светодиода необходимо использо-

Кроме приведенных норм для ло-

Обычно для существующих светоди-

вать кристалл синего излучения с лю-

комотивного прожектора характерна

одов максимальное значение Ф_макс =

глубокая диаграмма направленности

1000 Лм. Кроме того, в подобных

с углом φ = 3°. В прожекторах ранее

светодиодах имеет место большая

выпущенных локомотивов применя-

площадь, с которой происходит из-

ются лампы накаливания мощностью

лучение светодиода (световое тело -

Р_лн = 500 Вт с зеркальным отража-

СТ). В этом случае решение вопроса

телем, у которых световой поток

эффективной фокусировки светового

Таблица 1. Нормы осевой силы света головных прожекторов.

Режим работы локомотива

Осевая сила света, I₀, кКд

«яркий свет»

640-960

Рис. 1. Иллюстрация изменения шири-

ны светового потока при различной

«тусклый свет»

70-120

площади светового тела.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

минофором, нанесенным на кристалл,

дится из кристалла. Одну из основных

щение поверхности линзы на неболь-

а не RGB типа или УФ-светодиод

причин потерь составляет потеря на

шом расстоянии от первичной оптики

с люминофором. Применение УФ-

полное внутреннее отражение в свя-

требуется для обеспечения коррект-

светодиода исключается по причине

зи с большим различием показателей

ного теплового режима светодиода,

возможного появления большой доли

преломления полупроводника n_п и

а также для уменьшения вероятности

УФ излучения в спектре прожектора.

воздуха n_в.

повреждения светодиода при сборке.

Таким образом, особенность све-

Угол полного внутреннего отраже-

Сравнительный анализ в пакете моде-

тодиодного прожектора с глубокой

ния излучения от границы воздух-кри-

лирования TracePRO показал, что ко-

диаграммой направленности заключа-

сталл определяется

ническая поверхность с полусферой

ется в том, что световой поток дол-

в основании наиболее эффективна.

(1)

жен излучаться несколькими свето-

Причем полусфера должна быть скон-

диодами с относительно малыми раз-

Для светодиодных кристаллов на

струирована как собирающая линза

мерами СТ, каждый из которых имеет

основе InGaN-гетероструктур

(ис-

для фронтальных лучей светодиода,

свою вторичную оптику.

пользуемых для получения кристалла,

а наклон зависит от материала линзы.

Изложенное

свидетельствует

излучавшего с синем спектре) крити-

Через определенное расстояние по-

о том, что в светодиодных прожек-

ческий угол составляет α ≈ 23° [6].

сле полусферы можно выбрать часть

торах должна использоваться рас-

Существует несколько путей по-

материала линзы, что позволяет полу-

пределенная оптика с N-количеством

вышения светового выхода из полу-

чить экономию на материале и стоимо-

единичных светодиодов в отличие от

проводника. Эффективным способом

сти изделия и уменьшить потери света,

ламповых прожекторов с одним ис-

[7] является помещение кристалла

световой пучок которого уже сфоку-

точником излучения.

в среду с показателем преломления

сирован.

В настоящее время существуют

n_в < n < n_n для увеличения критиче-

Ослабление света в материале

два способа формирования требуе-

ского угла. Если в качестве среды ис-

можно оценить по закону Бугера

мой диаграммы направленности све-

пользовать прозрачный эпоксидный

(2)

тодиода: использование отражателя

компаунд, то критический угол α воз-

или использование линзы с эффектом

растает. Если прибор предназначен

где I₀ - интенсивность входящего пуч-

полного внутреннего отражения.

для вывода излучения в воздух, то для

ка, Кд; l - толщина слоя вещества, м;

Выбор отражателя для лампы на-

сохранения коэффициента вывода из-

k_λ - показатель поглощения вещества,

каливания в прожекторах вызван в

лучения конфигурация полимерного

м^-1. Для каждого вещества показатель

первую очередь относительно про-

покрытия должна быть такой, чтобы

k_λ различен, кроме того, его величина

стым способом обслуживания, так как

свет падал на поверхность раздела

зависит от длины волны.

машинисту при необходимости заме-

компаунд-воздух под углом меньше

Как известно, уравнение внешней

ны часто отказывающих ламп требует-

критического для этой границы. Таким

грани

ся чистить загрязнённую отражающую

образом, диаграмма направленности

y² = 2px

(3)

поверхность. В случае светодиодной

светодиода определяется конфигура-

техники ситуация иная, использование

цией этого компаунда.

где р - фокальный параметр, равный

отражателя в качестве светотехниче-

Рассмотрим особенности взаимо-

половине фокусного расстояния пара-

ской аппаратуры оставляет светодиод

действия вторичной оптики со свето-

болы, м.

не защищенным от внешней среды.

диодом и принципов конструирования

Диаметр выходного отверстия па-

Иными словами, грязевые отложения

основных элементов линзы, а учет воз-

раболы

легко покрывают светодиод, чистка

можных аберраций опустим. Для по-

которого вне места стоянки и ремон-

лучения узкой диаграммы направлен-

(4)

та практически невозможна. При этом

ности внешняя грань должна быть вы-

можно легко повредить светодиод, и

полнена в виде эллипсоида вращения.

где x_max

- высота параболы, но не

во многих ситуациях в эксплуатации

Внутренняя поверхность линзы, кото-

линзы, м; f

- фокусное расстояние

чистку подобной системы выполнить

рая одновременно является отверсти-

линзы, м; φ_max - полярный угол, град.

практически невозможно без демон-

ем для установки светодиода, откло-

Отсюда площадь светового от-

тажа прожектора.

няет боковые лучи светодиода на угол

верстия линзы

Использование в светодиодных

полного внутреннего отражения для

прожекторах линзы и холдера (дер-

более эффективного использования

(5)

жателя), плотно обволакивающего

светового потока в линзе. Форма от-

линзу со стороны отражающих гра-

верстия для размещения светодиода

Осевая сила света линзы, согласно

ней, уменьшает загрязнение поверх-

должна выбираться, исходя из условий

закону Манжена

ности линзы и первичной оптики све-

увеличения световой эффективности

I₀= kSl

(6)

тодиода.

линзы, а также технологичности изго-

Особенность излучения светодио-

товления линзы. При выборе формы и

где k - коэффициент выхода прибора

да заключается в том, что не весь свет,

размера внутренней поверхности лин-

(линзы); S - полная площадь светового

сгенерированный переходом, выво-

зы необходимо учитывать, что разме-

отверстия, м²; L - яркость СТ, Кд/м².

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

Анализ выражений (2) и (6) по-

Создание микрорельефных поверхностей

в просветляющих оптических покрытиях для

казывает, что, с одной стороны, не-

повышения внешней квантовой эффективности

обходимо увеличивать световое от-

синих светодиодов на основе GaN. Наноэлек-

верстие линзы, с другой - увеличение

троника. Нанотехнология. Фотоника. Физиче-

габаритов линзы приведет к большим

ская и плазменная электроника. Доклады ТУ-

потерям на поглощение света в теле

СУРа, № 2 (24), часть 2, декабрь 2011 с. 64-67.

7. Коган Л.М. Полупроводниковые светоизлу-

линзы. Следовательно, необходи-

чающие диоды. - М.: Энергоатомиздат, 1983. -

мо находить определенный оптимум

208 с.

геометрических размеров линзы, при

8. Трембач В.В. Световые приборы: учеб. для

котором приращение осевой силы

вузов по спец. «Светотехника и источники све-

света за счет увеличения выходного

та» - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая

отверстия линзы будет превалиро-

школа, 1990 - 463 с.

вать над потерями, связанными с по-

Харитонов Игорь Владимирович - родил-

глощением света.

ся в 1989 году. В 2012 году окончил Уральский

Дополнительного повышения осе-

Рис. 2. 3D модель проектируемой линзы.

Федеральный университет (УрФУ) по специаль-

вой силы света можно добиться за

ности «Электроника и автоматика физических

установок». Опыт работы - 3 года. В настоя-

счет небольшой собирающей линзы

например, в SolidWorks, после чего

щее время учится в аспирантуре Уральского го-

на внутренней поверхности линзы.

импортировать ее в TracePRO.

сударственного университета путей сообщения.

Уравнение собирающей линзы в

Результаты

3D моделирования

Имеет 1 научный труд, 1 патент.

основании конуса внутренней поверх-

линзы со светодиодом представлены

ности

на рис. 2. Разброс в области показан-

Сергеев Борис Сергеевич - родился в 1941

ного сфокусированного излучения

году. В 1964 году окончил Уральский электро-

механический институт инженеров транспорта

(7)

обусловлен заданными при моделиро-

(УЭМИИТ) по специальности

«Автоматика,

вании геометрическими размерами СТ.

телемеханика и связь на железнодорожном

где n_c - показатель преломления ма-

Изображенная несфокусированная

транспорте». Доктор технических наук, про-

териала линзы; n_в - показатель пре-

часть излучения, отсутствующая на ре-

фессор. В 1993 году защитил диссертацию по

ломления воздуха; f - фокусное рас-

альном излучателе, вызвана погреш-

теме:

«Источники вторичного электропитания

на основе однотактных преобразователей по-

стояние линзы, м; r₁ - радиус кривизны

ностями расчета.

стоянного напряжения». Опыт работы - 50 лет.

поверхности ближе к светодиоду,

В результате проделанной рабо-

В настоящее время работает профессором ка-

м; r₂ - радиус кривизны поверхности

ты проведено исследование способа

федры «Электрические машины» Уральского

дальше от светодиода, м.

конструирования головного прожек-

государственного университета путей сообще-

Исходя из изложенного выше те-

тора для локомотива, выполнен рас-

ния (УрГУПС). Имеет 176 научно-технических

публикаций, включая 4 монографии, и 125 ав-

зиса о выборке части материала лин-

чет и моделирование узкоградусной

торских свидетельств СССР и патентов РФ на

зы, целесообразно выполнить выбор-

линзы для светодиода с эффектом

изобретения. Заслуженный изобретатель РФ,

ку в виде цилиндра. Таким образом,

полного внутреннего отражения.

член-корреспондент Академии электротехни-

можно считать, что r₂ = ∞, и

По результатам исследования вы-

ческих наук РФ.

полнено практические конструиро-

(8)

вание светодиодных прожекторов,

Kharitonov Igor - was born in 1989. In 2012

he graduated from Uralskiy Federal University

внедренных на ОАО «РЖД» в ряде

(UrFU) with specialization in «Electronics and au-

Выражение (8) содержит два пара-

локомотивов (2ЭС10, ТЭ8, ТЭМ9Н

tomation of physical installations». He has 3 years

метра: r₁ и f, необходимо произвести

и др.).

of work experience. At present he is a post-grad-

выбор f (тогда r₁ будет рассчитывать-

uate student at Uraslkiy state railway university.

ся по формуле 8), он будет опреде-

Литература:

He has 1 scientific work, 1 patent.

ляться конструкцией внешней грани

1. Ададуров С.Е., Розенберг Е.Н., Мурашо-

ва М.А. Концепция комплексной программы

Sergeyev Boris - was born in 1941. In 1964 he

линзы, положением фокуса внешней

«Внедрение светодиодной техники в ОАО

graduated from Uralskiy electromechanical trans-

грани (данный фокус будет совпадать

«РЖД»

// Автоматика, связь, информатика,

port engineer institute (UEMTEI) with specializa-

с фокусом собирающей линзы), раз-

2009. - № 2. - С. 2-5. ISSN 0005-2329.

tion in «Automation, telematics and communica-

мерами светодиода.

2. Давиденко Ю.И. Современная схемотехника

tion on railroad transport». He is a Doctor of

в освещении - СПб.: Наука и техника, 2008. -

Engineering, professor. In

1993he defended a

Для моделирования светодиод

320 с.

thesis on the subject: «Secondary power supplies

можно представлять упрощенно в виде

3. Оськина М.А., Сергеев Б.С., Сисин В.А. На-

on the basis of constant voltage single-step trans-

плоской равнояркой пластины или,

правления совершенствования светодиодных

ducers». He has 50 years’ work experience. At

что более корректно, воспользовать-

светофоров // Транспорт Урала, 2013. - № 3. -

present he works as professor at the department

ся моделями, предлагаемыми произ-

С. 66-68. ISSN 1815-9400.

«Electrical cars» at Uralskiy state railway univer-

4. Тепловозы. Нормы безопасности. НБ ЖТ ЦТ

sity (UrSRU). He has 176 scientific and techni-

водителем. Например, для TracePRO

02-98. Ред. 2 - М.: ОАО «РЖД». - 1998. - 56 с.

cal publications, including 4 monographs and 125

используются файлы формата *.dat,

5. Интернет-ресурс: http://www.aventa-elektro.

USSR author certificates and invention patents of

*.ray. Конструкцию вторичной линзы

ru/infa/haract.php. Характеристики ламп накали-

the Russian Federation. He is an honored inven-

можно рассчитать и построить в па-

вания. Обращение: март 2014.

tor of the Russian Federation, associate member

кете твердотельного моделирования,

6. Данилина Т.И., Троян П.Е., Чистоедова И.А.

of the Russian Electrical Engineering Academy.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

Рациональная диаграмма напряжений

тяговых подстанций электрифицированного

участка переменного тока

// Rational voltages diagram of traction substations of AC electrified section //

Герман Л.А., д.т.н., профессор,

перегрузки их трансформаторов. При

Нижегородский филиал Московского государственного универ-

односторонней схеме питания также

ситета путей сообщения (МИИТ), г. Нижний Новгород

изменяются потоки реактивной мощ-

Кишкурно К.В.,

ности, в частности, при повышении на-

МГУПС (МИИТ), г. Москва

пряжения повышаются потери мощно-

сти холостого хода трансформаторов

В статье рассматриваются задачи

The article considers the problem of

снижения перетоков мощности пу-

reducing power flows through a rational

ЭПС.

тем рациональной настройки УРПН

adjustment OLTC of transformers for

Регулирование напряжения транс-

трансформаторов и, соответствен-

obtain a rational voltage diagram of

форматора осуществляется путем из-

но, получения рациональной диаграм-

traction substations. The mechanism of

менения коэффициента трансформа-

мы напряжений тяговых подстан-

the reduction of the balanced current

ции [3]

ций. Показан механизм снижения

by changing the position of the switch

уравнительного тока с помощью из-

OLTC. An experiment by which was built

k_т = U_1ном (1+/- 0,01n∙∆k_т)/U_2ном

(1)

менения положения переключателя

a topographic voltage diagram with

УРПН. Проведен эксперимент, в ходе

its subsequent rationalization. In the

где U_1ном и U_2ном - номинальные зна-

которого была построена топогра-

article considered the automatic of the

чения напряжения первичной и вто-

фическая диаграмма напряжения с

regulation and setting its parameters.

последующей её рационализацией.

An efficient, virtually cost-free, energy-

ричной (тяговой) обмоток;

Рассмотрена автоматика регулиро-

saving method of traction network.

- положение переключателя

вания и настройка её параметров.

Keywords: OLTC, voltage regulation, bal-

УРПН (число регулировочных ответ-

Представлен эффективный, практи-

anced curent, RAST-05K, topographic

влений обмотки);

чески беззатратный способ эконо-

voltage diagram, automatic of the regu-

∆k_т - шаг коэффициента транс-

мии электроэнергии в тяговой сети.

lation, economy.

Ключевые слова: УРПН, регулиро-

формации (ступень регулирования, %).

вание напряжения, уравнительный

Для тягового трансформатора

ток, РАСТ-05К, топографическая

с номинальным коэффициентом транс-

диаграмма напряжения, автоматика

формации k_тном = U_1ном /U_2ном и с регу-

регулирования, экономия.

лировочной первичной обмоткой, что-

Задачи регулирования

• поддержание экономичного ре-

бы повысить напряжение на тяговой

напряжения в тяговой сети

жима тяговой сети и в целом тягово-

обмотке (увеличить U2), необходимо

переменного тока

го электроснабжения. При изменении

уменьшить коэффициент трансформа-

В тяговой сети переменного тока

напряжения изменяется режим работы

ции, то есть в формуле (1) в скобках

для регулирования напряжения в на-

ЭПС, и, в частности, КПД ЭПС, из-

поставить «минус», а положение пере-

стоящее время используют устройства

меняются потери мощности в тяговой

ключателя первичной обмотки УРПН

регулирования напряжения под на-

сети в связи с возможным изменени-

(n) следует переключить на более

грузкой (УРПН), которыми оснащены

ем тока ЭПС и изменением перето-

низкую позицию. Возможности регу-

все силовые трансформаторы тяговых

ков мощности (уравнительных токов)

лирования трансформаторов тяговой

подстанций [1, 2]. Причем регулирова-

между подстанциями. Изменяются по-

подстанции следующие: для транс-

ние может быть как ручное, так и ав-

тери мощности в сети внешнего элек-

форматора 110 кВ тяговой подстанции

томатическое. С учетом несимметрич-

троснабжения в связи с изменением

n∙∆k_т = 9х1,78%, а для трансформато-

ного напряжения тяговых подстанций

коэффициента трансформации транс-

ра 220 кВ n∙∆k_т = 8х1,5%. Это значит,

укажем задачи регулирования напря-

форматоров тяговых подстанций;

что диапазон регулирования напряже-

жения с помощью УРПН:

•

поддержание рациональных

ния соответственно равен +/-16,02% и

• поддержание напряжения на то-

значений потоков реактивной мощ-

+/-12%.

коприемнике электроподвижного со-

ности (равнительных токов) в тяговой

В статье ограничимся рассмотрени-

става (ЭПС) в допустимых пределах,

сети. Особенно это необходимо при

ем задачи снижения перетоков мощ-

в частности - для подвижного состава

двустороннем питании тяговой сети с

ности путем рациональной настройки

со скоростями до 160 км/ч - от 21 до

целью снижения перетоков мощности

УРПН трансформаторов и, соответ-

29кВ;

между подстанциями и недопущения

ственно, получения рациональной

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

диаграммы напряжений тяговых под-

сказано, что в системе 25 кВ величи-

воздействии на УРПН на одной из

станций. Под настройкой УРПН бу-

на потерь от уравнительного тока мо-

подстанций стараются уравнять моду-

дем понимать:

жет составлять до 1,5%, а в системе

ли напряжений плеч питания смежных

• в случае отсутствия автоматики

2х25 кв - 1,7 - 6% от расхода электро-

подстанций вплоть до нулевой разно-

регулирования: установление положе-

энергии на тягу поездов.

сти между ними (то есть до δU = 0).

ния переключателей УРПН для реа-

Квадрат эффективного значения

Тем самым снижается разность про-

лизации расчетных средних значений

уравнительного тока равен

дольных составляющих указанных на-

напряжений фаз трансформатора по

пряжений, следовательно, снижаются

Iуэ2 = Iус2 + D(I_у)

(3)

плечам питания;

и активная, и реактивная составляю-

• при наличии автоматики регули-

где I_у.с - среднее значение уравнитель-

щие уравнительного тока. На этом

рования: расчет уставок регулирова-

ного тока, а D(I_у) - его дисперсия, ко-

завершается первый этап снижения

ния блока автоматики УРПН. При этом

торая равна [6]

уравнительного тока, которому, в ос-

полученные при регулировании сред-

новном, будет посвящена статья. Од-

D(I_у) = {D(U1) + D(U2)} / Z_тс2

(4)

ние значения напряжения плеч питания

нако между рассматриваемыми равны-

должны соответствовать расчетным

Здесь D(U1) и D(U2) - дисперсии

ми по модулю напряжениями в общем

значениям, которые указаны в п. 1.

напряжений U1 и U2, а Z_тс - полное

случае существует фазовый сдвиг,

Таким образом, решение задачи

сопротивление тяговой сети. Указан-

который определяет поперечную со-

регулирования начнем с рассмотрения

ная расчетная формула (2) применяет-

ставляющую между указанными напря-

зависимости уравнительного тока от

ся при сдвиге фаз между напряжения-

жениями, которая определяет остав-

напряжения одноименных фаз транс-

ми смежных подстанций не более не-

шуюся нескомпенсированную часть

форматоров смежных тяговых под-

скольких градусов. При значительном

уравнительного тока. Поэтому для

станций.

расхождении напряжений по фазе в

дальнейшего снижения уравнительно-

Отметим следующее положение

(1) U1 и U2 должны быть векторными

го тока (вплоть до нулевого значения)

по расчетам коэффициента транс-

величинами.

следует снизить фазовый угол между

формации. В соответствии с [4] ко-

Так как активные потери мощности

напряжениями плеч питания смежных

эффициент трансформации трансфор-

от уравнительного тока равны

подстанций. Это достигается введе-

маторов представляет

«...отношение

нием, например, вольтодобавочного

∆Р_у= I_уэ2 R_тс

(5)

напряжений на зажимах двух обмоток

трансформатора с фазовым регулиро-

трансформатора в режиме холостого

где R_тс - активное сопротивление тя-

ванием [9].

хода». Обычно для трансформато-

говой сети, то понятно стремление

Рассмотрим на примере Горьков-

ров тяговой подстанции принято рас-

снизить I_у.

ской железной дороги опыт обследо-

считывать k_тном = U_1ном /U_2ном, хотя

Задача снижения I_у известна давно.

вания режима напряжения и снижения

в программе РАСТ-05К [5], которую

В 1983 году ЦЭ в Технической ин-

у путем регулирования переключателя

далее используем в расчетах, принят

формации №П-159/83 «Оптимизация

УРПН. Главное здесь - показать, что

k*_тном = U_2ном /U_1ном.

режимов тяговых подстанций пере-

при снижении разности модулей на-

менного тока» указано, что с целью

пряжений смежных подстанций с по-

Уравнительные токи

снижения потерь мощности от про-

мощью УРПН всегда будет снижать-

увеличивают потери мощности

текания уравнительных токов следует

ся уравнительный ток. Другое дело,

В связи с несимметричной загруз-

(по опыту Горьковской железной до-

степень снижения уравнительного

кой трансформаторов напряжение по

роги) применить дифференцирован-

тока будет зависеть ещё и от других

плечам питания тяговой сети в общем

ный выбор уставок регулятора напря-

факторов: и от величины дисперсии

случае различное. Поэтому изменя-

жения трансформаторов (УРПН). На

напряжений на смежных подстанци-

ющееся напряжение питания тяговой

необходимость снижения I_у указано,

ях, и от фазового сдвига между ними.

сети с двухсторонним питанием от

например, в [7,8].

Поэтому для эффективного снижения

двух смежных подстанций (U1 и U2)

В те годы применение указанно-

у следует применять и фазосдвигаю-

неодинаковое, что создает уравни-

го способа снижения уравнительно-

щие, и стабилизирующие устройства.

тельные токи I_у на полном сопротив-

го тока было затруднительно в связи

Отметим, что проблема введения

лении тяговой сети Z_тс

с отсутствием специализированной из-

оптимального режима в тяговой сети

мерительной аппаратуры по контролю

переменного тока по напряжению и

I_у= (U1-U2)/Z_тс

(2)

характеристик изменяющегося напря-

реактивной мощности назрела давно,

негативно влияющие на токораспре-

жения на шинах тяговой подстанции.

и в настоящее время в её решении

деление, а также на потери напряже-

В настоящее время такая аппаратура

делаются первые шаги. На технико-

ния и мощности [2]. В Инструктивно-

появилась.

экономическую

целесообразность

методическом указании Департамента

Покажем механизм снижения урав-

оптимизации по напряжению и реак-

электрификации и электроснабжения

нительного тока с помощью измене-

тивной мощности указано в [10 - 15].

МПС РФ «Снижение потерь электро-

ния положения переключателя УРПН

При этом с учетом особенности па-

энергии от перетока мощности по

(то есть изменения коэффициента

раллельной работы тяговых подстан-

тяговой сети» (утверждено 12.11.02)

трансформации трансформатора). При

ций по контактной сети все расчеты

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

режимов системы тягового электро-

снабжения

(СТЭ) необходимо вы-

полнять с учетом системы внешнего

электроснабжения (СВЭ). Для этого

разработана методика совместного

расчета СТЭ и СВЭ [5, 15]. Кроме

того, появление нового поколения

микропроцессорных регуляторов типа

РНМ-1, Сириус-2-РН, SPAC 810-P и

других [16] обеспечивает более на-

дежную систему регулирования напря-

жения. Можно согласиться с [16], где

предложено устройство автоматики

УРПН называть автоматическим ре-

гулятором коэффициента трансфор-

мации

(АРКТ). Микропроцессорные

АРКТ являются интеллектуальными

автоматическими устройствами. Кроме

основных функций, указанных выше,

АРКТ выполняют и дополнительные

сервисные функции, свойственные со-

Рис.

1. Схема электроснабжения

(рис.

1а) и топографические диаграммы

временным микропроцессорным тех-

(рис. 1б) напряжения шин 27,5 кВ тяговых подстанций (И1 - исходная диаграмма,

ническим устройствам автоматическо-

И2 - рационализированная).

го управления.

В дальнейшем предполагаем

схем и режимов системы внешнего

Аппаратура диагностирования

использовать разрабатываемый в

электроснабжения (СВЭ).

режима напряжения

НИИЭФА-ЭНЕРГО комплекс в пере-

Информацию о необходимости

и проведение измерений

носном варианте на базе NOTEBOOK

повторять измерения следует полу-

Применена диагностическая ап-

по диагностике напряжения тяговой

чить по значению коэффициента ре-

паратура по разработкам ДЭЛ Горь-

подстанции. После экспериментальной

активной мощности tgφ, рассчитанно-

ковской, контролирующая параметры

проверки этот комплекс будет встраи-

му по показаниям счетчиков активной

напряжения тяговой подстанции. Кро-

ваться в шкаф УРПН по разработкам

(Wа) и реактивной

(Wр) энергии

ме того, на Северном ходу дороги на

НИИЭФА-ЭНЕРГО для регулирова-

(tgφ = Wр /Wа). Отклонение tgφ за

каждой подстанции установлен изме-

ния напряжения трансформатора.

пределы 0,55…0,85 (без учета ком-

рительно-информационный и управля-

В настоящее время существует

пенсирующих установок на тяговой

ющий комплекс «Черный ящик 2000».

множество приборов, комплексов и

подстанции) свидетельствует о зна-

Далее с использованием этой аппа-

интеллектуальных терминалов отече-

чительном изменении уравнительно-

ратуры на четырех подстанциях К, Б,

ственного и зарубежного производ-

го тока от исходного рассчитанного

А, Ш определены среднесуточные

ства для диагностики качества элек-

значения.

напряжения плеч питания и их диспер-

троэнергии, в том числе и напряжения,

сии как квадрат среднеквадратичного

которые также можно использовать

Построение топографической

отклонения напряжения (таблица 1).

для диагностирования несимметрич-

диаграммы напряжения

и её рационализация

В таблице указаны следующие ре-

ного напряжения тяговой подстанции.

жимы: Р1 - исходный режим, Р2 - рас-

Опыт свидетельствует, что длитель-

Рассмотрим участок с продоль-

четный рационализированный режим.

ность измерения напряжений для ука-

ной линией ВЛ-110 кВ, к которой

Так как в режиме Р2 не предусмотре-

занной цели должна быть не менее не-

подключены тяговые подстанции с

но регулирования напряжения, то дис-

дели. Измерения должны повторяться

известным чередованием фаз по ВЛ-

персия в Р2 не изменяется.

ежеквартально, а также при изменении

110 кВ и по плечам питания тяговой

Таблица 1. Напряжения по плечам питания на подстанциях К, Б, А, Ш.

оп

от

оп

от

оп

от

оп

среднее,В

27480

26770

27303

27110

28090

28200

27827

28274

Р1

дисперсия,В2

2992

3452

4232

5292

5582

5022

5502

4962

среднее,В

27940

27230

27763

27570

27630

27740

27827

28274

Р2

дисперсия,В2

2992

3452

4232

5292

5582

5022

5502

4962

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

сети

(рис.

1а)

(«сибирский» вари-

δδU_хх = (+/-) 0,01∆k_тхU_ном =

напряжений фаз тяговых подстанций

ант). На таких участках, где тяговая

(под «перекосом» напряжения будем

(+/- ) 1,78х275 = +/- 489,5 В

(6)

сеть шунтируется продольной ВЛ-

понимать разность напряжения между

110(220), особо эффективно приме-

С увеличением сопротивления

отстающей и опережающей фазами

нять предлагаемый метод снижения

СВЭ и тяговой нагрузки ∆Uхх сни-

подстанции). В частности, на подстан-

уравнительного тока.

жается до δδU_нагр = 460…450 В, что

ции К нельзя повысить напряжение

В общем случае следует рассма-

следует учесть при корректировке

выше 28 кВ, так как на смежной под-

тривать как можно больший участок

топографической диаграммы. Более

станции Т напряжение ниже 28 кВ (на

электроснабжения, так как при рацио-

точное значение δδU_нагр при переклю-

диаграмме не показано);

нализации топографической диаграм-

чении УРПН дает расчет по программе

• степень выравнивания напряже-

мы следует учесть, что напряжение на

РАСТ-05К, разработанной Нижего-

ния на всем участке определяется

каждой последующей межподстан-

родским филиалом МИИТ совместно

величиной «перекоса» напряжения на

ционной зоне зависит от напряжения

со специалистами Горьковской желез-

подстанциях. Например, если умень-

на предыдущей. Для демонстрации

ной дороги [5]. Для этого в указанную

шить «перекос» на подстанции К (на-

последовательности действий по ре-

программу вводятся нагрузки плеч пи-

пример, с помощью КУ на отстающей

ализации предложения рассмотрим

тания, входное сопротивление СВЭ и

фазе), то это приведет к выравнива-

участок с тремя межподстанционными

реальные коэффициенты трансфор-

нию напряжения на участке.

зонами К - Б - А - Ш. В основе рас-

мации трансформаторов. Возможно

Таким образом, на этапе 2 предло-

четов - построение топографической

определение изменения напряжения

жена и реализована на топографиче-

диаграммы средних напряжений по

на трансформаторе при переключении

ской диаграмме возможность на под-

плечам питания тяговых подстанций

УРПН на один шаг (на одну ступень)

станциях К и Б повысить напряжение

на основе измерений напряжения и

и экспериментальным путем, при этом

путем переключения УРПН на одну

затем

- построение рационализиро-

следует стремиться выполнять пере-

ступень, а на подстанции А - снизить

ванной топографической диаграммы

ключения при средних нагрузках. На

напряжение на одну ступень УРПН.

с целью выравнивания средних напря-

основании анализа нагрузок и расчета

На подстанции Ш положение пере-

жений по одноименным фазам смеж-

входных сопротивлений для рассма-

ключателя УРПН не изменяется.

ных подстанций.

триваемого участка принимаем изме-

Этап 3. Повторяются измерения

Построения проведём по этапам.

нение напряжения при переключении

по аналогии с этапом 1 для подтверж-

Этап 1. Выполняются измерения

УРПН на один шаг - δδU_нагр = 0,46 кВ

дения правильности формирования

среднего значения и дисперсии на-

(см. далее 5 раздел). Тогда траекто-

кривой И2. При необходимости вво-

пряжения по плечам питания за не-

рия топографической диаграммы при-

дится корректировка.

делю. Траектория измеренной топо-

нимает вид И2 (рис. 1б).

Следует указать, что при оптими-

графической диаграммы напряжений

Из рисунка видно:

зации режима по тяговой сети необ-

соответствует кривой И1 (рис. 1б).

• размах изменений напряжения

ходимо учитывать изменения режима

Полученные топографические диа-

плеч питания всего участка уменьшил-

напряжения на районной обмотке и

граммы - это участки прямых, соеди-

ся с 26,77 - 28,27 до 27,23 - 28,27 кВ;

особенно в высоковольтной линии

няющие средние напряжения плеч

• не везде получается минимизация

автоблокировки 10 кВ. Здесь наибо-

питания тяговых подстанций. Как

разности напряжений по плечам смеж-

лее простое решение нормализации

видно, разность напряжений (δU) по

ных подстанций в связи с «перекосом»

режима может быть выполнено путем

плечам питания одноименных фаз

смежных подстанций уменьшилась

с 0,98 до 0,06 кВ на участке Б-А и

с 0,37 до 0,09 кВ - на участке А-Ш.

На участке К-Б δU осталось без из-

менения. При изменении схем пита-

ния, режима ведения поездов и т. д.

измерения следует повторить. Кроме

того, измерения следует повторить

через три месяца.

Этап

2. Рационализируем тра-

екторию И1 расчетным путём с це-

лью получения минимальных зна-

чений δU для трансформаторов

ТДТНЖ-110/27,5/10(35)

тяговых

подстанций рассматриваемого участка.

Ступень регулирования, соответству-

ющая изменению напряжения на хо-

лостом ходу, равна

Рис. 2. Напряжение трансформатора при нагрузке.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

корректировки положений переклю-

Если рассматривать трансформа-

• максимальное напряжение

чателя ПБВ соответствующих транс-

тор 220 кВ, то порядок построения

U_мк.рег = U_ср + σ∙∆k_т/2 (8а)

форматоров.

аналогичный.

• минимальное напряжение

Итак, окончательно делаем заклю-

U_мн.рег = U_ср - σ∙∆k_т/2 (8б)

чение: на основании рационализации

Автоматика регулирования

Здесь U_ср - среднее напряжение,

и настройка её параметров

исходной топографической диаграм-

определенное по рационализиро-

мы получены новые средние напря-

В соответствии c [1] для несим-

ванной топографической диаграмме

жения плеч питания, которые указаны

метричного напряжения тяговых под-

(рис.

1б). Что касается уставки вы-

в таблице 1 для режима Р2.

станций принят следующий алгоритм

держки времени на переключение, то

регулирования: из трех напряжений

по опыту эксплуатации на Горьков-

Оценка ступени регулирования

фаз выбирается в каждый момент из-

ской железной дороге принимаем ее

переключателя УРПН

мерения наибольшее значение, и по

равной 4 - 7 мин. При превышении

при нагрузке

нему производится регулирование.

среднесуточного числа переключений

Расчеты выполнены по программе

Для этого разработан коммутатор

за месяц свыше 20 придется увеличить

РАСТ-05К при совместном рассмо-

(макси-селектор)

[17], выбирающий

выдержку времени.

трении систем тягового и внешнего

наибольшее напряжение из трех фаз,

Введение автоматики регулирова-

электроснабжения [11] для реальной

которое подается на блок регулиро-

ния приведет к снижению дисперсии

схемы внешнего электроснабжения

вания однофазного исполнения. В ка-

напряжения и, следовательно, к сни-

К-Б-А-Ш (рис 1а). На графике (рис. 2)

честве блока регулирования целесоо-

жению потерь мощности от уравни-

обозначены:

бразно использовать изготавливаемые

тельного тока (рис. 1б). Ориентиро-

U_хх - напряжение холостого хода

промышленностью микропроцессор-

вочно укажем, что дисперсия снижа-

при изменении коэффициента транс-

ные автоматические регуляторы ко-

ется в два раза, однако более точные

формации Kт;

эффициента трансформации АРКТ

данные получим при длительной экс-

U_1н - напряжение трансформатора

[15]. Коммутатор дополнен важной

плуатации автоматики регулирования.

при нагрузке I_нагр = 0,5 I_ном, где I_ном -

функцией: при минимальном напряже-

На основании проведенных ис-

номинальный ток плеча питания, при-

нии ниже допустимого уровня напря-

следований определяется общая кар-

нимаем I_ном = 500А;

жения в тяговой сети автоматика пере-

тина формирования регулирования

U_2н - напряжение трансформатора

ключается на выполнение основной

напряжения с помощью УРПН транс-

при нагрузке I_нагр = I_ном;

задачи - ввод режима в допустимую

форматора. Во-первых, по исходным

Kт* - относительное значение ко-

область работы.

средним напряжениям определяются

эффициента трансформации, равного

Для ограничения частых переклю-

желательные средние напряжения по

U2/U1. Так как все напряжения при-

чений УРПН вводят зону нечувстви-

плечам питания. Здесь же рассматри-

ведены к напряжению тяговой сети,

тельности блока регулирования, при

вается необходимость введения ком-

то номинальный Kт* = 1 (в программе

которой он не срабатывает

пенсирующих установок в соответ-

РАСТ-05К коэффициент трансформа-

ствии с нормативными документами,

δUнч = +/- σ∙∆kт/2

(7)

ции равен отношению вторичного на-

а также для снижения «перекоса» на-

пряжения к первичному).

где σ

- коэффициент чувствитель-

пряжений. Во-вторых, вводится авто-

На графике по оси абсцисс по-

ности, который для условий тяговой

матика регулирования УРПН с устав-

казан изменяющийся коэффициент

подстанции принимается равным 1,4.

ками напряжения, определяемыми по

трансформации по ступеням регули-

Поэтому уставки регулирования

средним желательным напряжениям

рования (ступень для трансформатора

напряжения выбираются следующим

плеч питания.

110 кВ - 1,78%). Как видно из про-

образом:

веденных экспериментов, при отсут-

Таблица 2. Уравнительные токи и потери мощности и электроэнергии.

ствии нагрузки изменение напряжения

на трансформаторе при переключе-

Б - А (55 км)

А - Ш (46км)

нии на одну ступень регулирования

Р1

Р2

Р1

Р2

δδUхх = +/- 489В. При нагрузке, рав-

Сопротивление полное Z, Ом

16,55

13,84

ной половине от номинальной 250 А,

Сопротивление активное R,Ом

6,43

5,38

напряжение уменьшается до 26,62 кВ.

Принимая среднюю нагрузку плеч

δU, кВ

0,98

0,06

0,37

0,09

питания тяговых подстанций рассма-

I_у, А

59,21

3,62

26,73

6,5

триваемого участка равной половине

δI_у, А

55,59

20,22

от номинальной, то есть 250 А, что

∆P_у, кВт

22,54

0,08

3,84

0,23

является близкой к реальным значени-

ям, получаем для этого участка изме-

δ Р_у, кВт

22,46

3,61

нение напряжения при переключении

δW_у, кВтч

196749

30843

на одну ступень

Ц, тыс. руб.

531

δδU₂

= 460 В

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

Расчеты снижения

плечам питания и, во-вторых, за счет

нительных токов путем выравнивания

уравнительного тока

стабилизации напряжения для сниже-

напряжения плеч питания смежных

и потерь мощности

ния дисперсии напряжения. Указанное

подстанций с помощью УРПН при-

Так как изменение положения

реализуется с применением регулиру-

меним там, где по условиям режима

УРПН влияет только на среднее

ющих устройств и компенсирующих

системы внешнего электроснабжения

значение уравнительного тока, то

установок

[9]. Снизить

«перекос»,

возможна параллельная работа тяго-

далее в расчетах пока не будем

то есть симметрировать режим, воз-

вых подстанций с двухсторонним пи-

учитывать дисперсию напряжения.

можно применением однофазной не-

танием. Способ является практически

Среднее значение I_ус по рассматри-

регулируемой КУ, включенной в от-

беззатратным. Отметим, что большин-

ваемым зонам с контактной подве-

стающую фазу подстанции, УПК в от-

ство межподстанционных зон на сети

ской двухпутного участка ПБСМ95

сасывающей линии или однофазного

железных дорог работает с двухсто-

+МФ100 (z_о= 0,117 + j 0,278 Ом/км,

вольтодобавочного трансформатора

ронним питанием и, соответственно, на

z_о

= 0,301 Ом/км) уменьшилось на

в отстающей фазе [6, 9]. Стабилиза-

них применим предлагаемый способ

48,32А в зоне Б-А и на 21,67 А - в зоне

ция напряжения достигается приме-

энергосбережения.

А-Ш (таблица 2). При изменении по-

нением автоматики УРПН трансфор-

3. Показана этапность введения

ложения переключателя УРПН в ос-

матора, регулируемой установки КУ и

автоматики регулирования УРПН. Во-

новном происходит воздействие на

УПК в отсасывающей линии [13].

первых, определяются дифференци-

реактивную составляющую уравни-

Дальнейшее совершенствование

рованные уставки средних напряжений

тельного тока, то есть значение I_ус

автоматики регулирования напряже-

по плечам питания тяговой сети, здесь

определяет изменение реактивной со-

ния - введение адаптации для огра-

же при необходимости включаются

ставляющей уравнительного тока. Тог-

ничения количества переключений

компенсирующие установки. Тем са-

да потери активной мощности (∆Р_у)

УРПН [18].

мым устанавливается нерегулируемый

при изменении реактивного тока (I_ус)

Таким образом, представлен эф-

вариант УРПН для снижения средних

на основании (4) равны ∆Р_у = I_ус2 R_т.

фективный, практически беззатратный

значений уравнительных токов. Во-

В таблице 2 приняты следующие

способ экономии электроэнергии в

вторых, далее вводится регулирова-

обозначения:

тяговой сети, причем для вариантов с

ние УРПН, что приводит к снижению

δU - разность напряжений одно-

автоматически регулируемым и нере-

дисперсии напряжения плеч питания и,

именных фаз смежных подстанций;

гулируемым УРПН. Нерегулируемый

следовательно, к дальнейшему сниже-

I_у - уравнительный ток;

вариант УРПН даёт, по проведенным

нию эффективного значения уравни-

δI_у

- изменение уравнительного

расчетам, годовую экономию по сни-

тельного тока.

тока;

жению потерь мощности на одной

4. На примере расчета рацио-

∆P_у - потери мощности от уравни-

межподстанционной зоне на реальном

нальной топографической диаграм-

тельного тока;

участке на

0,6 млн руб. Рассматри-

мы по экспериментальным данным

δР_у - изменение потерь мощности

ваемое предложение применимо по

реального участка получена годо-

при уменьшении уравнительного тока;

всей сети железных дорог, на всех

вая экономия по снижению потерь

δW_у - экономия потерь электро-

системах электроснабжения. Указан-

на одной межподстанционной зоне

энергии за год от уменьшения уравни-

ный способ дифференцированной

для варианта нерегулируемого УРПН

тельного тока;

настройки параметров регулирования

в 0,6 млн. руб за счет снижения урав-

Ц - стоимость сэкономленной

УРПН должен быть введен в соответ-

нительного тока.

электроэнергии при уменьшении урав-

ствующие нормативные документы.

5. Предлагаемый способ регу-

нительного тока.

лирования напряжения с помощью

В результате потери мощности сни-

Выводы

УРПН должен быть введен в соот-

зились по зонам на 22,46 кВт и 3,61 кВт,

1. Усовершенствована методика

ветствующие нормативные документы

и, соответственно, снижение потерь

выбора рациональной кривой топо-

для руководства проектным организа-

электроэнергии - δW_у = Т δ Р_у = 196749

графической диаграммы средних на-

циям и эксплуатационному персоналу.

и 30843 кВт.ч. (принимаем годовое чис-

пряжений для снижения уравнительно-

ло часов Т = 8760 час). Таким образом,

го тока, что ведет к снижению потерь

Литература:

годовая стоимость экономии электро-

электроэнергии. При этом предло-

1. Справочник по электроснабжению железных

энергии на участке составит 531 + 83 =

жено рассчитывать величину измене-

дорог. Т. 1/ Под ред. К.Г. Марквардта. - М.:

614 тыс. руб.

ния напряжения при переключениях

Транспорт, 1980. - 256 с.

УРПН на один шаг (на одну ступень)

2. Бородулин Б.М., Герман Л.А., Николаев Г.А.

Дальнейшее

по программе РАСТ-05К или опреде-

Конденсаторные установки электрифицирован-

совершенствование режима

лять экспериментальным путем.

ных железных дорог. М.: Транспорт, 1983, 183 с.

тяговой сети

2. Важный резерв энергосбере-

3. Герасименко А.А., Федин В.Т. Передача и

В общем случае совершенство-

жения в тяговом электроснабже-

распределение электрической энергии: учебное

вание режима должно идти по двум

нии - снижение перетока мощности

пособие/ М.: КНОРУС, 2014. - 614 с.

направлениям. Во-первых, по пути

(уравнительных токов) в тяговой сети.

4. Электроэнергетика. Термины и определения.

снижения «перекоса» напряжения по

Предлагаемый способ снижения урав-

СТО 17330282.27.0109.001.2008

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

5. Герман Л.А., Морозов Д.А. Расчет типовых

Оценивание режимов тягового электроснабже-

Кишкурно Константин Вячеславович -

задач тягового электроснабжения переменного

ния для управления напряжением и реактивной

родился в 1991 году. В 2012 году окончил

тока на ЭВМ. Уч. пос. М.: МИИТ, 2010, - 59 с.

мощностью. ЭЭТ №2 - 2013.

Московский институт инженеров транспорта

6. Герман Л.А., Бородулин Б.М. Продольная

15. Герман Л.А., Кишкурно К.В. Сравнение ме-

(МИИТ) по специальности «Электроснабжение

емкостная компенсация в системе тягового

тодов расчета системы тягового электроснаб-

железных дорог». В настоящее время является

электроснабжения переменного тока

(расчет,

жения при разных способах учета параметров

аспирантом кафедры «Энергоснабжение элек-

размещение и режим работы). Уч. пособие. М.:

внешней сети. Вестник ВНИИЖТ № 1 - 2013.

трических железных дорог» Московского го-

МИИТ 2009. - 38 с.

16. Коротков В.Ф. Автоматическое регулиро-

сударственного университета путей сообщения.

7. Чернов Ю.А. Уравнительные токи в контакт-

вание в электроэнергетических системах - М.:

Имеет 4 статьи, 1 патент.

ной сети при параллельной работе тяговых

Издательский дом МЭИ, 2013. - 416 с.

подстанций переменного тока. Выпуск МИИТ

17. Изобретение № 864490 Регулятор пере-

German Leonid - was born in 1937. He has

№199 М.: Транспорт, 1965, с. 35 - 52.

менного напряжения. Герман Л.А., Синицы-

graduated Moscow Institute of Transport Engi-

8. АС

1359853. Способ снижения уравни-

на Л.А.,Хотовник В.А. Опубл. 15.09.1981 г.

neers by specialty «Engineer routes - electri-

тельных токов в тяговой сети. (Герман Л.А.).

18. Патент № 2055440 Адаптивный регулятор

cian» (1959). He has defended the dissertation

Опубл. 15. 12. 87, Бюлл. №46.

напряжения. Сухов М.Ю., Герман Л.А. Опубл.

by the theme: «Theory and practice of improv-

9. Власов С.П. Риски компенсирует система тя-

17.02.1996 г.

ing treatment system traction below the AC

гового электроснабжения / Мир транспорта. -

power plants with capacitive compensation».

№3 - 2012 - с. 60 - 65.

Герман Леонид Абрамович

- родился

He is a Doctor of Technical Sciences, Profes-

10. Правила устройства системы тягового элек-

1937 году. Окончил Московский институт

sor of dept. «Electrification and Utilities» at

троснабжения железных дорог Российской Фе-

инженеров транспорта (МИИТ) по специаль-

The Nizhny Novgorod branch of the Russian

дерации. ЦЭ-462 М.: МПС РФ, 1997. 79 с.

ности «Инженер путей сообщения - электро-

State University of transport communications.

11. Герман Л.А., Серебряков А.С., Гончарен-

механик» (1959 г.). Защитил докторскую дис-

He is a corresponding member of the Acad-

ко В.П. Мизинцев А.В. Эффективность фильтро-

сертацию по теме: «Теория и практика совер-

emy of Transport of the Russian Federation.

компенсирующих установок в тяговой сети пе-

шенствования режима системы тягового элек-

Author of more than

350 scientific works,

ременного тока. Вестник ВНИИЖТ № 5 - 2013.

троснабжения переменного тока с установками

70 inventions and patents. Has 2 government

12. Закарюкин В.П., Крюков А.В. Управление

емкостной компенсации». Доктор технических

awards.

реактивным электропотреблением в системах

наук, профессор кафедры «Электрификация и

тягового электроснабжения. Элтранс-2009.

электроснабжение» Нижегородского филиала

Kishkurno Konstantin - was born in 1991.

СПб: ПГУПС, 2010.

Московского государственного университета

In 2012 he graduated from Moscow Institute of

13. Герман Л.А., Серебряков А.С. Регулиру-

путей сообщения. Является членом-корре-

Transport Engineers (MIIT), speciality is «Railway

емые установки емкостной компенсации в си-

спондентом Российской Академии транспорта.

roads power supply». At present he is an ad-

стемах тягового электроснабжения железных

Автор более 350 научных трудов, 70 изобре-

vanced student of « Electric railway roads power

дорог./ Монография. М.:МИИТ, 2012. - 211 с.

тений и патентов. Имеет 2 правительственные

supply» chair of Moscow state railway university.

14. Герман Л.А., Бакеев Е.Е., Кишкурно К.В.

награды.

He has 4 articles, 1 patent.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

Влияние замыканий

на свойства индуктивности

// Short circuits influence on the properties of the inductance //

с исходной однородно распределен-

Елгина Г.А., Ивойлов Е.В.,

ной начальной топологией витков.

Слободян С.М., д.т.н.,

Это же обстоятельство определя-

Национальный исследовательский Томский

ет и актуальность задачи исследова-

политехнический университет, г. Томск

ния влияния возникновения аварийных

Представлено оригинальное теоре-

The original theoretical and experi-

ситуаций (например, замыканий витков

тическое и экспериментальное ис-

mental research of the solenoid induc-

индуктивности катушки) на эффектив-

следование катушки индуктивности

tance as a model of coil inductive to-

ность функций изначально определён-

как модели витковой топологии ин-

pology of current conductive structure,

дуктивной структуры, проводящей

with short circuits of adjacent turns

ных индуктивностей при проектирова-

ток, с замыканиями смежных вит-

is represented. The features of the

нии [6-12].

ков. Показаны особенности аппарат-

hardware implementation of a physical

Анализ литературных источников

ной реализации физической модели

model of the solenoid on the example

[1-20] показал, что витковые замыка-

на примере описания её исполнения,

of the description of its practical

ния в индуктивных структурах созда-

и приведены фрагменты законо-

implementation are shown. The frag-

мерностей, полученных на моделях

ments of laws, obtained on practical

ют проблемы не только уменьшения

индуктивности, что позволяет при

models of inductance, which allows to

коэффициента полезного действия,

её испытаниях увязать искажения

link more clearly the test signal with

снижения эффективности резонанс-

тестового сигнала с нарушениями

the features of violations of its topol-

ного шунта, называемого в энергетике

топологии витков.

ogy are represented.

реактором [10-11], но и могут приво-

Ключевые слова: оценка, преобра-

Keywords: estimation, conversion, sole-

зование, замыкание, виток, модель,

noid, closing, turn, model, inductive.

дить к аварийному отказу в связанных

индуктивность.

с безопасностью задачах типа [2]. За-

кономерности поведения индуктивно-

Индуктивные элементы типа ка-

«Ауди». Исследование наибольшего

сти резонансной структуры подробно,

тушек индуктивности, соленоидов,

числа физических процессов, воз-

но в идеализированном представле-

трансформаторов, дросселей, филь-

никающих в индуктивных структурах

нии, для задач резонансного шунти-

тров находят весьма широкое приме-

при витковых замыканиях, - это один

рования впервые были рассмотрены

нение. В частности, в силовых актив-

из путей повышения надёжности ин-

У. Петерсеном ещё в 1916 году [10-

ных фильтрах напряжения для опти-

дуктивных элементов различной топо-

11]. Влияние витковых замыканий на

мальной фильтрации напряжения, ста-

логии. Анализ влияния совокупности

свойства и эффективность выполне-

торных и роторных обмотках двигате-

факторов, действующих на основные

ния индуктивностью функций преоб-

лей постоянного и переменного тока,

параметры и качество выполнения за-

разования энергии в разных режимах

симметрирующих трансформаторах,

данных индуктивности функций, мо-

работы практически (за исключением

в электромеханических тормозах, в

жет послужить основой не только

[5]) оставлены без надлежащего вни-

электромагнитных исполнительных

разработки новых принципов постро-

мания. Физическая модель протекания

механизмах управления форсунками, в

ения, но и улучшения существующих

процессов преобразования энергии

асинхронных и шаговых электропри-

элементов и устройств, использующих

для формирования электромагнитно-

водах и в других механизмах транс-

индуктивность как базовый элемент

го воздействия и объяснения законо-

портных средств [1-17].

в узлах транспортных средств.

мерности изменения этих процессов

Обнаружение скрытых дефектов в

Указанные обстоятельства опре-

в индуктивности с замыканием витков

элементах и узлах современной элек-

деляют цель настоящей работы - не-

будут совершенно иными. Межвитко-

троэнергетики и электроники транс-

обходимость изучения особенно-

вое замыкание существенно ухудшает

портных средств - актуальная и весь-

стей трансформирования замыканием

эффективность использования шунта,

ма трудная и интересная для решения

смежных витков исходно однородной

либо к рассматриваемой электромаг-

задача [2-9]. В [5] приведен частный

индуктивной структуры, в том числе

нитной функции он может оказаться

пример решения задачи обнаруже-

резонансной, для определения вза-

неприменим.

ния скрытых дефектов вида корот-

имосвязи параметров и закономер-

Сущность принципа действия ре-

козамкнутых витков электромагнита

ностей их изменения в трансформи-

зонансного шунта, предложенного

управления форсунками автомобиля

рованной замыканием индуктивности

почти сто лет назад, не претерпела за-

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

метных изменений до настоящего вре-

переходным сопротивлением контак-

При образовании замыканием

мени: параметры реактивного шунта,

та витков, смежных в пространстве и

витков топологии из индуктивной

как правило, индуктивной топологии

в витковой топологии, образованию

структуры шунта полосового двух-

выбираются так, чтобы при возник-

полного замыкания смежных витков

частотного фильтра значение ем-

новении замыкания в цепях нагрузки

с очень малым переходным сопро-

кости, соответствующей верхней

шунт настраивался в резонанс с уче-

тивлением контакта и, наконец, к пар-

частоте его настройки, определит

том емкости нагрузки. Формулировка

ным замыканиям, приводящим к фор-

соотношение

правила Петерсена имеет вид

мированию парных групп взаимных

−

(

4π

−1

индуктивностей [17-20]. В результа-

в T



ωL

= ωCi

(1)

те возникновения замыкания витков

Тогда емкость С_Н, соответствую-



 i



резонансный шунт может случай-

щая нижней частоте настройки филь-

или задается в виде условия

ным образом трансформироваться

тра, трансформированного замыкани-

в высокочастотный (с большей или

ем витков шунта, найдётся из формулы

∑

(2)

меньшей частотой среза) загради-

L L

где ω - частота воздействия электри-

тель [18-19]. Он будет иметь совер-

в T1

ческого сигнала; L₀ - исходная величи-

шенно противоположную функцию,

Для емкости нагрузки при резо-

на индуктивности шунта; С_i - емкости,

а именно препятствовать выполне-

нансном шунте в электрической линии

вносимые в электрическую цепь шун-

нию выхода шунта на резонансный

та разными элементами цепи, включая

режим - наиболее эффективный по

элементарные емкости межвитковой

энергосбережению режим его ра-

его топологии. Приведённые соот-

боты. Подобное проявление функ-

ношения отражают идею заземления

ции, противоположной основному

где f_н - нижняя частота полосы ре-

электрического центра тяжести экви-

назначению шунта, обусловлено

зонансной настройки

(ω_н = 2πf_н);

валентной электрической цепи через

изменением из-за замыкания витков

+ LT1 = L_T - исходное значение ин-

эквивалентное резонансное сопротив-

структуры его витковой топологии и

дуктивности шунта.

ление Z₀ = ωL₀ шунта.

величины его индуктивности, а также

Воспользуемся известным [18-19]

При анализе влияния емкостей

изменением его эквивалентной схемы

подходом эквивалентирования - за-

цепей нагрузки Σ

С_i считают, что

путём её трансформирования в по-

мещения индуктивно связанного

резонансный шунт настроен

«бо-

лосовой

(сложный) фильтр. Такой

элемента некоторой эквивалентной

лее или менее точно» по условию

фильтр в полосе подавления обла-

схемой - цепью, которая не содер-

резонанса (2). Известные методики

дает большим активным сопротив-

жит в явной форме индуктивных свя-

оценки качества работы шунта не

лением

(сопротивление изменённой

зей. Принцип эквивалентирования

учитывают факт и физику явления

его структуры может снижать коэф-

упрощает расчеты электрических

возможного замыкания витков как

фициент передачи на несколько по-

цепей, придавая при этом большую

нарушения топологии самой индук-

рядков). Активное сопротивление и

наглядность особенностям физиче-

тивности [2-9]. Влияние же возмож-

коэффициент передачи при наруше-

ского взаимодействия. Поскольку на-

ного нарушения её исходной топо-

нии витковой топологии резонансно-

пряжение подается на резонансный

логии на условия резонанса упуска-

го шунта в сильной мере зависят от

шунт от одного источника питания,

ется практически всеми исследова-

типа межвиткового замыкания струк-

то токи, протекающие во всех витках

телями. По-видимому, считают, что

туры (Г-, Т- или П-фильтра) с про-

его индуктивности и, конечно, в от-

отмеченное обстоятельство не ска-

извольно образованными элемента-

ветвлениях его индуктивной витковой

жется на результатах исследований

ми его частотной настройки. Может

топологии, связаны линейными зави-

и полноте анализа электрических

возникать много вариантов структур с

симостями. При одиночном, парном

устройств и систем, а если данный

ослабленным основным резонансом:

межвитковом и замыкании на землю

факт нарушения и происходит, то

двух- и многочастотная резонансная,

(корпус) его индуктивная однород-

его проявление считают малосуще-

многоконтурная

широкополосная

ной топологии структура трансфор-

ственным.

структура фильтра и т. п.

мируется в цепь отдельных индуктив-

Нарушение топологии витков ин-

Если следовать условию возник-

ностей, взаимодействующих своими

дуктивности в зависимости от ранга

новения резонанса Z_C = Z_L, то можно

магнитными потоками, то есть пре-

нарушения может приводить к раз-

найти емкость или частоту формы на-

вращается в цепь с взаимной индук-

ным явлениям: росту тока межвит-

пряжений на линии питания, при кото-

тивностью или индуктивно связанную

ковых утечек через слой изоляции,

рой трансформированная структура

цепь. В зависимости от вида витково-

резкому снижению изоляционных

шунта в большей или меньшей мере

го замыкания индуктивной структу-

свойств материала межвитковых

сможет выполнять основную, предна-

ры трансформированная замыканием

промежутков, появлению очагов

значенную ей при создании, роль ре-

структура может быть соединением

ионизации межвиткового промежут-

зонансного шунта

«согласно включенных» частей ин-

ка - источника частичных разрядов,

дуктивности (с одинаковой ориента-

образованию неплотного, с большим

цией токов относительно направле-

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

ния намотки витков) или встречным

индуктивной топологии относитель-

обозначим относительное число вит-

включением - частей структуры. При

но точек их включения. Энергия от

ков частей шунта АВ₁ и В₁В₂ коэффи-

этом в каждой части индуктивности

одной части индуктивности к другой

циентами К₁ = ω₁/ω и К₂ = ω₂/ω₁, то

будет индуктироваться ЭДС, одно-

передаётся через общее магнитное

комплексные сопротивления каждого

временно обусловленная собствен-

поле их индуктивных связей.

из указанных участков представит си-

ным ψ_с и потокосцеплением ψ_м свя-

При соблюдении технологии изго-

стема алгебраических уравнений, ана-

занной с ней части

товления индуктивно связанных струк-

логичная [20]

тур применяют специальные типы на-

моток витковой топологии, обеспечи-

вающие равномерное и пропорцио-

где L_M= k_cв[ L_К1/L_К2] - взаимная ин-

нальное количеству витков однород-

дуктивность частей шунта L_K1 и L_K2,

ное распределение электромагнитных

до акта замыкания составлявших

полей рассеяния по длине витковой

L₀

- его исходную индуктивность;

топологии индуктивной структуры ре-

k_cв≤ 1 - коэффициент связи, харак-

активных шунтов.

теризующий меру взаимного влияния

Эквивалентная схема соленоида

друг на друга частей L_K1 и L_K2 одной

однородной топологии для приме-

и той же изначально общей индук-

ра внутреннего замыкания смежных

тивной структуры. Обычно знак «+»

витков и любого парного замыка-

принимают при согласном включении

ния витков на землю (корпус) может

частей индуктивности; знак «-» - при

быть представлена видом индуктивной

встречном их включении. При расчете

структуры, приведенной на рис. 1.

цепи по законам Кирхгофа дополни-

На рис. 1 обозначено: А - вход;

тельное напряжение, обусловленное

С - выход; В'

1 и В2 - точки замыкания

взаимной индукцией U_M = + jω L_{M 1-5},

витков структуры; Z_A, Z_B, Z_C - ком-

учитывают как компоненту с учетом

плексные сопротивления участков

особенностей включения частей ин-

АВ₁, В₁В₂ и В₂С исходно однородной

где Z₀ - полное комплексное сопро-

дуктивности.

индуктивной структуры шунта без уче-

тивление исходной индуктивности

В принципе, последовательно и

та влияния взаимных индуктивных свя-

шунта; Z_S - полное комплексное со-

параллельно соединенные индук-

зей отдельных частей; Z_AВ, Z_BС, Z_АC -

противление рассеяния поля части AB₁

тивно связанные элементы шунта с

взаимные комплексные сопротивления

шунта при условии координаты замы-

замыканием могут быть представле-

соответствующих участков структуры.

кания витков в точке В'

ны в виде эквивалентных схем без

С учетом ранее сделанного предпо-

Используя методику [18-20] для

индуктивных связей, то есть в виде,

ложения линейной зависимости па-

решения задачи нахождения пара-

развязанном по индуктивным свя-

раметров для токов, протекающих в

метров эквивалентной схемы шунта

зям. Эквивалентная индуктивность

индуктивной структуре, для упроще-

с нарушенной замыканием витков

при последовательном их соедине-

ния записи примем отношения: I_B1 = I_B,

топологией в изложенной выше по-

нии равна в согласном включении -

становке и опуская промежуточные

B2 = KIIB, KI = IB2 / IB1 - весовое от-

L_{0 Э} = L₂+ L₁ + 2L_M, во встречном -

ношение токов как особый признак

алгебраические

преобразования,

L_{0 Э} = L₂+ L₁ - 2L_M. При развязке

координат точек парного замыкания.

придем к системе уравнений взаи-

индуктивных связей частей индуктив-

Например, K_I = 1 будет соответство-

мосвязи, позволяющей определить

ности, имеющих общий узел, учиты-

вать общей точке витков замыкания

основные параметры нарушенной за-

вают только расположение частей

внутри однородной топологии. Если

мыканием топологии индуктивности

Рис. 1. Иллюстрация эквивалентной схемы типичного парного

межвиткового замыкания индуктивной структуры.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

Здесь Z₁ и Z₂ - продольные и Z₁₂ -

наличии нагрузки на выходе шунта с

в предположении её соответствия

поперечное комплексные сопротив-

межвитковым замыканием.

индуктивной структуре однородной

ления эквивалентной Т-схемы первой

Меру относительного влияния чис-

топологии, проводящей ток, при на-

точки замыкания; Z₃ и Z₄ - продоль-

ла витков в замкнувшей группе - мощ-

личии и отсутствии замыканий витков.

ные и Z₃₄ - поперечное комплексные

ности межвиткового парного замыка-

Исследован характер ухудшения ко-

сопротивления второй, параллельной

ния - на коэффициент передачи шунта

эффициента передачи индуктивности

первой, Т-схемы второй точки замы-

определит система уравнений

с нарушенной одиночным и парным

кания; обе Т-схемы своими входами

замыканием витков исходно однород-

подключены к входу А, а выходами -

ной топологии её структуры. Создана

к С; В₁ и В₂ - вторые точки подключе-

математическая модель индуктивно-

(3)

ния поперечных (т. В₁ - Z₁₂; т. В₂ - Z₃₄)

сти, нарушенной замыканием витков

сопротивлений

соответствующих

исходно однородной топологии её

двух Т-схем фильтров - индуктивных

структуры.

структур, образованных точками замы-

При одиночном замыкании вит-

Применение изложенных под-

кания витков и трансформированных

ков (например, замыкания на землю)

хода и методики оценки влияния за-

в полосовые Т-схемы фильтров, ис-

снижение коэффициента передачи

мыканий витков на изменение свойств

ходно однородной топологии витков.

как меры влияния сопротивления рас-

и способности к выполнению индук-

В предположении идеальности

сеяния магнитного потока Z_S и факт

тивностью задаваемой функции пре-

однородной витковой топологии шун-

подтверждения нарушения однород-

образования электрической энер-

та сопротивлением рассеяния (Z_S≅ 0)

ной топологии шунта определяет от-

гии является решением получения

можно пренебречь по той причине,

ношение

количественной оценки снижения

что основным фактором влияния на

эффективности электромагнитного

)

(4)

1П

трансформированную замыканием вит-

воздействия при наличии виткового

ков схему шунта в Т-схему остается

Выражения (3) и (4) хорошо от-

замыкания. Достаточная точность

общий магнитный поток, создаваемый

ражают характер закономерности

полученных результатов дает осно-

витковой топологией его структуры.

ухудшения коэффициента передачи

вания надеяться, что предложенный

Тогда [18-20] в идеальной индуктив-

индуктивной структурой с нарушенной

метод оценки и методика найдут при-

ной структуре распределение напря-

парным и одиночным замыканием вит-

менение в решении различных науч-

жений на ее выводах (А, В, С) при лю-

ков исходно однородной топологии

ных задач.

бом типе нагрузки будет пропорцио-

индуктивности.

нально числу витков в структуре. Оно

Для наглядной иллюстрации ха-

Литература:

не будет зависеть от тока нагрузки (I_C).

рактера поведения закономерности

1. Агунов А.В. Последовательный силовой ак-

При расчете падения напряжения в ин-

изменения коэффициента K_2П второго

тивный фильтр напряжения с цифровым управ-

дуктивности с нарушенной замыкани-

уравнения из системы уравнений (3)

лением // Электроника и электрооборудование

ем витков топологией, соответственно

на рис. 2 приведена зависимость, ил-

транспорта. - 2014. - №1. - С. 27-28.

обладающей большим или меньшим

люстрирующая монотонный характер

2. Власов А.И., Никитин В.В. Автоматизиро-

сопротивлением рассеяния магнитно-

влияния мощности (изменения числа

ванное проектирование электромеханических

го потока Z_S в поперечных отводах

витков в замкнувшей парной группе)

тормозов авиационного электропривода

эквивалентных Т-схем её структуры,

замыкания в средней части тополо-

Электроника и электрооборудование транспор-

включаются сопротивления, учиты-

гии индуктивности на её коэффициент

та. - 2013. - №3. - С. 44-47.

вающие значение Z_S, которые и об-

передачи сигналов K_2П при ω_a = 100;

3. Nunez-Zuniga T.E., Pomilio J.A. Shunt Ac-

условливают падение напряжения при

ω_b = 1 ÷ 10; ω_∑ = 100.

tive Power Filter Synthesizing Resistive Loads //

IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 17, no. 2,

Выводы

p. 273-278, 2002.

Авторами теоре-

4. Королёв А.А Расчёт электромагнитного поля

тически и экспери-

симметрирующих трансформаторов // Электро-

ментально показана

ника и электрооборудование транспорта.

возможность оценки

2012. - № 2. - С. 19-24.

степени влияния оди-

5. Дианов В.Н., Lyuminarskaya E., Белоу

ночным и парным за-

сов И.М., Миронов М.Н., Гевондян Т.А. Об-

мыканием витков ис-

наружение и регистрация скрытых дефектов

ходно однородной

в современной электроэнергетике и электро-

топологии индуктив-

нике транспортных средств // Электроника и

ности на эффектив-

электрооборудование транспорта.

2011.

ность его применения

№1. - С. 38-47.

Рис. 2. Влияние мощности межвиткового замыкания

в различных устрой-

6. Жерве Г.К. Обмотки электрических машин. -

в средней части индуктивности на её коэффициент

передачи напряжения K_2П при ω_a = 100; ω_b = 1 ÷ 10;

ствах. Выполнен ана-

Л.: Энергоатомиздат, 1989. - 400 с.

ω_∑

= 100.

лиз

индуктивности

7. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электри-

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

ческие машины. Часть 1. Изд. 2. М.-Л.: Энергия,

US. - 2003. - Vol. 46. No. 1. - P. 28 - 34.

диссертации по закрытой тематике. Опыт рабо-

1964. - 544 с.

18. Демирчан К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В.

ты - более 50 лет. В настоящее время работает

8. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электри-

Теоретические основы электротехники: Учеб-

профессором кафедры электрических сетей и

ческие машины. Часть 2. Изд. 2. М.-Л.: Энергия,

ник для вузов. 5-е изд. Т. 1. - СПб.: Питер,

электротехники Национального исследователь-

1965. - 704 с.

2009. - 512 с.

ского Томского политехнического университе-

9. Копылов И.П. Электрические машины. - М.:

19. Демирчан К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В.

та. Имеет более 30 патентов на изобретения,

Издательство Юрайт, 2012. - 675 с.

Теоретические основы электротехники: Учеб-

более 200 научных работ, 4 монографии. На-

10. Petersen W. Overcurrents and overvoltages

ник для вузов. 5-е изд. Т. 2. - СПб.: Питер,

гражден знаком «Изобретатель СССР».

in systems with large ground fault current

2009. - 432 с.

E.T.Z. - 1916. - Vol. 37. - P. 129 - 131.

20. Тавдгиридзе Л.Н., Лобжанидзе Л.Н., Мел-

Yelgina Galina - was born in 1980. In 2002 she

11. Willheim R., Waters М. Neutral grounding

кумян Э.В. Преобразование и расчёт измери-

graduated from Electronic Technical Institute of

in high-voltage transmission. - New York: John

тельных цепей с индуктивной связью // Элек-

Tomskiy Polytechnic University with a degree in

Wiley and Sons, 1953. - 414 p.

тричество. 1974. № 9. С. 83 - 84.

«Electric power stations». Work experience is 12

12. Елгина Г.А., Ивойлов Е.В., Деева В.С. Веер

years. At the present time she works as a senior

Паравея в диагностике состояния вихревой

Елгина Галина Александровна - родилась

teacher in the State Research Tomsk Polytechnic

структуры // Молодежь и наука: труды X Все-

в 1980 году. В 2002 году окончила Электротех-

University (TPU) and pursues postgraduate stud-

российской с международным участием научно-

нический институт Томского политехнического

ies in TPU.

технической конференции: 15-25 апреля 2014 г.,

университета по специальности «Электрические

Красноярск: Сибирский федеральный универ-

станции». Опыт работы - 12 лет. В настоящее

Ivoylov Eugeniy - was born in 1986. In 2014

ситет, сайт: http://conf.sfu-kras.ru/conf/mn2014/.

время работает старшим преподавателем На-

he graduated from Power Engineering Institute of

13. Elgina G.A., Ivoylov E.V., Slobodyan S.M. Har-

ционального исследовательского Томского

Tomskiy Polytechnic University with a degree in

monic diagnostics structures inductive topology

политехнического университета - ТПУ и учится

«Electric power systems and grids». At the present

[Digests 9th International Forum on Strategic

в аспирантуре ТПУ.

time he works in SP «Transenergo» of JSC «RZD»

Technology 2014, October 21-23, 2014. Chit-

branch and pursues postgraduate studies in TPU.

tagong University of Engineering and Technology,

Ивойлов Евгений Вячеславович - родил-

Bangladesh], in press.

ся в 1986 году. В 2014 году окончил Энерге-

Slobodyan Stepan - was born in 1946. In 1968

14. Kundur P. Power system stability and con-

тический институт Томского политехнического

he graduated from Tomskiy Radioelectronics

trol. - McGraw Hill: New York, 1994. - 1176 p.

университета по специальности «Электроэнер-

and Electronic technology Institute specializing

15. Saleh S.H. Diagnosis of mixed eccentricity in

гетические системы и сети». В настоящее время

in «Radioelectronic devices». He is a Doctor of

400 kW induction machine based on inspection of

работает в Филиале ОАО «РЖД» СП «Транс-

Engineering, docent. In 2006 he defended two

stator current spectrums // Renewable Energies

энерго» и учится в аспирантуре ТПУ.

doctorate theses on secret subject. His work ex-

and Power Quality. - 2014. - No.12. - Р. 12-18.

perience is more than 50 years. At present he

16. Slobodyan M.S., Slobodyan S.M. Cantilever

Слободян Степан Михайлович - родил-

works as professor at the department of electric

piezoelectric drives

// Datchik and Systems. -

ся в 1946 году. В 1968 году окончил Томский

network and electrotechnics of Tomskiy Nation-

2003. - No. 3. - P. 47 - 48.

институт радиоэлектроники и электронной

al Research Polytechnic University. He has more

17. Slobodyan S. M. Optimization of a Bimorph

техники по специальности

«Радиоэлектрон-

than 30 invention patents, 200 scientific works, 4

Drive in Optical Measuring Systems with Feed-

ные устройства». Доктор технических наук,

monographs. He was awarded by a sign «Inventor

back

// Measurement Techniques. Springer

доцент. В 2006 году защитил две докторские

of USSR».

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

Электродинамический тормоз

с импульсным регулированием

для пассажирских электровозов

// Electrodynamic brake with pulse control for passenger electric locomotives //

то реостатный тормоз может отдавать

Феоктистов В.П., д.т.н., профессор

часть вырабатываемой энергии ТЭД

Шаров В.А., к.т.н.,

для обеспечения собственных нужд

Третинников О.В.,

(СН) электровоза и электроотопления

Московский государственный университет

(ЭО) вагонов поезда (установленная

путей сообщения (МИИТ), г. Москва

мощность 65+600 кВт). Таким обра-

На электровозах пассажирского дви-

On electric locomotives of passenger

зом, тормоз становится совмещенным,

жения с коллекторными тяговыми

traffic with collector traction engines

поскольку часть энергии будет ис-

двигателями используется реостат-

the rheostatic brake for operative regu-

ный тормоз для оперативного ре-

lation of speed and as reserve is used at

пользоваться полезно. Принципиаль-

гулирования скорости и в качестве

emergency braking. It is shown that the

но возможно отдавать часть энергии

резервного при экстренном тормо-

rheostatic brake with pulse regulation

другим электровозам через токопри-

жении. Показано, что реостатный

is economic and completely corresponds

емник и контактную сеть. Однако при

тормоз с импульсным регулировани-

to movement safety requirements.

этом должна быть предусмотрена спе-

ем является экономичным и полно-

Keywords: railway, passenger electric

стью соответствует требованиям

locomotive, rheostat brake, pulse con-

циальная защита от внешнего корот-

безопасности движения.

trol, reserve safety brake.

кого замыкания, которую применяют

Ключевые слова: железная дорога,

на электровозах с рекуперацией [2].

пассажирский электровоз, реостат-

Достоинство тормоза по рис. 1 за-

ный тормоз, импульсное регулиро-

вание, резервный тормоз безопас-

ключается не только в простоте его

ности.

схемной реализации, но и в хороших

регулировочных

характеристиках.

Электродинамическое

тормо-

личие от схем, в которых питание об-

Это обеспечивается заданием коэф-

жение предполагает переключение

моток возбуждения осуществляется

фициента заполнения k по входу ИП

тяговых электродвигателей

(ТЭД)

от отдельного источника, связанно-

в генераторный режим с отдачей вы-

го с контактной сетью (электровозы

рабатываемой энергии в тяговую сеть

ЭП2К, ЧС4Т, ЭП1). Поэтому тормоз

или с гашением на реостате, который

по рис. 1 не реагирует на кратковре-

входит в состав электрооборудования

менные перерывы электропитания,

электровоза. Соответственно этому

например, из-за отскока токоприем-

различают рекуперативное и реостат-

ника. Его можно включить и реализо-

ное торможение, возможны также со-

вать торможение в автономном режи-

вмещенные системы с переключением

ме даже при отсутствии напряжения

этих режимов или с одновременным

на токоприемнике.

их использованием [1].

Таким образом, рассматриваемый

Наиболее просто реализуется

тормоз соответствует требованиям

реостатный тормоз, поэтому его ис-

тормоза безопасности и может быть

пользуют на большинстве пассажир-

использован как для оперативного ре-

ских электровозов. Особого вни-

гулирования скорости, так и в качестве

мания заслуживает опыт его приме-

резерва при экстренном торможении.

нения на электровозах ЧС2Т и ЧС7

Нужно отметить и энергосберега-

(рис. 1). В нем использовано питание

ющую эффективность тормоза, что

обмоток возбуждения ОВ1-ОВ4 от

обеспечивается соединением ТЭД

выводов тормозных реостатов R-R₀

1-4 с силовой цепью электровоза по-

при помощи диодов Д₁-Д₂ и импульс-

средством диодов Д₃-Д₄. Если напря-

ного прерывателя (ИП) с обратным

жение ТЭД больше напряжения U на

диодом Д₆. В этой схеме обеспечена

токоприемнике, то есть при

независимость тормоза от наличия на-

Рис. 1. Реостатный тормоз с импульс-

(U_1-2 ∨ U_3-4) > U

(1)

пряжения в контактной сети - в от-

ным регулированием.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

постепенным снижением В примерно

(5)

до скорости 60 км/ч, после чего про-

исходит переключение на пневматиче-

Для реально реализуемой частоты

ское торможение.

f = 400 Гц получаем пульсации не бо-

Опыт эксплуатации электровозов в

лее 5-6%, так что специальных средств

пассажирском сообщении показывает,

защиты и сглаживания пульсаций не

что реостатный тормоз используют

требуется. Этот расчет выполнен при

в основном для гашения скорости на

условии, что магнитный поток ТЭД и

подходе к месту ее ограничения или

соответственно его ЭДС Е идеально

к сигналу, требующему снижения ско-

сглажены.

рости. Это соответствует диапазону

Испытания электровозов, у ко-

скоростей движения 60-100 км/ч.

торых обмотки возбуждения ТЭД

Однако для электропоездов при-

питаются от статического преобразо-

городного сообщения при торможе-

вателя (все электровозы переменного

нии перед остановкой важно сохра-

тока при электрическом торможении,

нить силу В до возможно минимальной

электровозы ЭП2К, 2ЭС4К, 2ЭС6),

скорости, для чего в точке 3 начинают

показали, что пульсации магнитного

уменьшать R и постепенно снижают

потока и ЭДС незначительны по при-

Рис. 2. Электротормозные характери-

стики.

его до нуля.

чине большой индуктивности обмоток

Таким образом, рассматриваемый

возбуждения и сглаживающего дей-

и позволяет реализовать тормозные

тормоз по рис. 1 при R=const вполне

ствия вихревых токов в магнитной си-

характеристики по рис. 2.

удовлетворяет условиям применения на

стеме ТЭД. Если для питания обмотки

Рассматривая тормозные характе-

электровозах пассажирского движения.

возбуждения использован импульс-

ристики в зависимости от максималь-

Его важное достоинство - независи-

ный преобразователь как на рис. 1,

ной скорости V_max, следует выделить

мость от напряжения контактной сети,

то при необходимости сглаживание

следующие характерные зоны:

но при этом нужно учитывать и недо-

пульсаций тока в якорных обмотках и

• на участке 1-2 действует ограни-

статок, который связан с импульсным

в обмотках возбуждения можно обе-

чение по коэффициенту ослабления

регулированием, а именно с пульсаци-

спечить повышением рабочей частоты

возбуждения ТЭД

ями тока. Диаграмма токов и напряже-

f = 1/T. При наличии диода Д размах

ний приведена в нижней части рис. 1.

пульсаций тока в обмотках возбужде-

(2)

Для расчета пульсаций тока якор-

ния можно оценить по формуле

которое действует в точке 1, а при

ных обмоток используем уравнения

дальнейшем снижении скорости по-

(6)

степенно увеличивают β, стабилизируя

(3)

ток I_Я. В точке 2 имеет место полное

При k = 0,5 он имеет максимальное

поле I_Я= I_В;

значение

• далее на участке 2 - 3 стабили-

где r, l - активное сопротивление и

(7)

зируют ток I_Я усилением поля, ког-

индуктивность якорной обмотки ТЭД;

да I_В>I_Я, то есть β>1. Допускается

E - ЭДС ТЭД и напряжение на

что соответствует размаху пульсаций

I_В= 2I_max, что достигается в точке 3;

обмотке возбуждения;

не более 5А и для обмоток возбужде-

• если значения R и R₀ не изменять,

U_В- амплитуда импульсного напря-

ния ТЭД мощностью 700-900 кВт со-

то далее при I_В=const ток якоря I по

жения на обмотках возбуждения;

ставляет не более 2% от номинального

мере снижения скорости будет сни-

R, R₀ - сопротивления секций тор-

значения тока. Таким образом, дей-

жаться;

мозного реостата.

ствием пульсаций на ТЭД в схеме ре-

• при регулируемых сопротивлени-

Решение этих уравнений по мето-

остатного тормоза можно пренебречь.

ях R имеется возможность стабилизи-

дике, изложенной в [3], позволяет по-

ровать тормозную силу при снижении

лучить выражение для пульсаций

Выводы

скорости на участке 3 - 4, причем на

1. На электровозах пассажирского

(4)

электровозах этот способ регулиро-

движения целесообразно использо-

вания не применяют, он необходим

где β - коэффициент ослабления воз-

вать реостатный тормоз с импульсным

только для остановочного торможе-

буждения;

регулированием, который является

ния (пригородное сообщение, метро).

k - коэффициент заполнения им-

экономичным и полностью соответ-

Таким образом, на электровозах

пульсного цикла преобразователя

ствует требованиям безопасности дви-

реализуется тормозная характеристи-

(k=0÷1).

жения.

ка B(V), показанная на рис. 2 в нижней

Выражение (4) имеет максимум при

2. Даже при наличии рекуператив-

полуплоскости. Эта характеристика

k = 0,5, так что проверку ТЭД на ре-

ного тормоза дополнительно необ-

содержит участок 1 - 3 с нарастанием

жим пульсаций следует проводить для

ходим реостатный тормоз в качестве

тормозной силы B и участок 3 - 5 с

значения

резервного тормоза безопасности.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

Литература:

Шаров Вячеслав Анатольевич - родился

pulse regulation». Work experience is 49 years.

1. Трахтман Л.М. Электрическое торможение

в 1949 году. В 1971 году окончил Хабаровский

At present he works as a professor of «Electrical

электроподвижного состава. - М.: Транспорт,

институт инженеров железнодорожного транс-

trains and locomotives» chair of Moscow State

1965. - 201 с.

порта по специальности «Инженер путей со-

Railway University

(MIIT). He is an honoured

2. Ребрик Б.Н. Рекуперация электроэнергии на

общения». Кандидат технических наук, доцент.

worker of higher school. He has 4 monographs

электровозах: Технология ресурсосбереже-

В 1981 году защитил диссертацию по теме:

(co-authorship), more than 100 author’s certifi-

ния. - М.: Ин-текст, 2000. - 38 с.

«Исследование электромагнитных процессов

cates and patents, more than 300 scientific works.

3. Иньков Ю.М., Феоктистов В.П., Шаба-

в силовых цепях асинхронного тягового при-

лин Н.Г. Развитие тяговых электроприводов

вода электрического локомотива». Опыт рабо-

Sharov Vyacheslav Anatolievich - was born

электропоездов постоянного тока. - М.: Мир

ты - более 40 лет. В настоящее время работает

in 1949. In 1971 he graduated from Khabarovsk

транспорта, 2014, № 2. - с. 62 - 69.

доцентом кафедры «Электропоезда и локомо-

Institute of Engineers of Railway Transport with

тивы» Московского государственного универ-

a degree in

«Railway engineer». Candidate of

ситета путей сообщения (МИИТ). Имеет более

Technical sciences, assistant professor. In 1981

60 научных трудов, 18 авторских свидетельств

he defended the thesis on the topic: «Research

Феоктистов Валерий Павлович - родил-

и патентов.

of electromagnetic processes in power circuits of

ся в 1939 году. В 1961 году окончил Москов-

asynchronous traction gear of electric locomo-

ский государственный университет путей со-

Третинников Олег Владимирович - ро-

tive». Work experience is more than 40 years.

общения (МИИТ). Доктор технических наук,

дился в

1987 году. В

2009 году окончил

At present he works as an assistant professor of

профессор. В 1982 году защитил диссертацию

МГУПС (МИИТ) по специальности «Электри-

«Electric trains and locomotives» department of

по теме: «Управление режимами электропоез-

ческий транспорт железных дорог». Опыт ра-

of Moscow State Railway University (MIIT). He

дов с импульсным регулированием». Опыт ра-

боты - 7 лет. В настоящее время работает про-

has more than 60 scientific works, 18 author’s

боты - 49 лет. В настоящее время работает

граммистом 1 категории в ИЭФ МИИТ. Имеет

certificates and patents.

профессором кафедры

«Электропоезда и

5 научных публикаций.

локомотивы» Московского государственного

Tretinnikov Oleg - was born in 1987. In 2009

университета путей сообщения (МИИТ). За-

Feoktistov Valeriy - was born in 1939. In

he graduated from MGUPS (MIIT) with special-

служенный работник Высшей школы. Имеет

1961 he graduated from Moscow State Railway

ization in «Electrical transport of rail roads». He

4 монографии (в соавторстве), свыше 100 ав-

University (MIIT). He is a Doctor of Engineering,

has 7 years of work experience. At present he

торских свидетельств и патентов, более 300

professor. In 1982 he defended the thesis on the

works as first class programmer in IEF MIIT. He

научных трудов.

topic: «Control of modes of electric trains with

has 5 scientific works.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

Повышение энергетической эффективности

электровоза переменного тока

за счёт разнофазного управления инверторами

на высших зонах регулирования

//Increasing to energy efficiency of the electric locomotive of alternating current at the

expense of different-phase control by invertor on the higher areas of the regulation//

рекуперативного торможения, то раз-

Мельниченко О.В., к.т.н., доцент,

работка технических решений в об-

ФГБОУ «ИрГУПС», г. Иркутск

ласти способов и средств управления

Власьевский С.В., д.т.н., профессор,

инверторами, направленных на сниже-

ФГБОУ «ДВГУПС», г. Хабаровск

ние гармоник напряжения в контактной

сети (повышение качества электриче-

Рассматриваются возможности по-

They аre сonsidered possibility of in-

вышения коэффициента мощности

creasing of the factor to powers of the

ской энергии) и повышение коэффи-

электровоза в режиме рекупера-

electric locomotive moderegenerative

циента мощности электровоза, явля-

тивного торможения и снижения

braking and reductions of the factor

ется несомненно актуальной задачей.

коэффициента искажения синусо-

of the distortion sinusoidal crooked

Такие технические решения разрабо-

идальности кривой напряжения

voltage to contact network on the first

контактной сети на высших (2, 3 и

zone of the regulation by by using

таны в Иркутском и Дальневосточном

4-й) зонах регулирования путем при-

of different-phase control by inver-

государственных университетах путей

менения разнофазного управления

tor. Mathematical modeling of the

сообщения

(ИрГУПС и ДВГУПС).

инверторами. Проведено матема-

processes of the functioning the recti-

Суть этих решений заключается в том,

тическое моделирование процессов

fiers is оrganized on the higher areas

что отдельно для первой и последую-

работы инвертора на высших зонах

of the regulation when using their

регулирования при применении их

разнофазного control.

щих высших (2, 3 и 4-й) зон регулиро-

разнофазного управления.

Keywords: electric locomotive, tractive

вания предложены новые алгоритмы

Ключевые слова: электровоз, вы-

transformer, thyristor rectifier, diode

управления инверторами при регули-

прямительно-инверторные преобра-

shoulder, electric motor, zone of the

ровании напряжения зоны с включе-

зователи, контактная сеть, напря-

regulation, algorithm of control, math-

нием в них принципа разнофазного

жение, генераторы, трансформатор,

ematical modeling.

коммутация, ток.

управления (РФУ) несколькими инвер-

торами и включением в их силовые

Электровозы переменного тока

ми рождают при их работе значитель-

схемы разрядного диодного плеча,

являются одними из крупнейших по-

ные гармонические составляющие

которое подсоединено к катодной и

требителей электроэнергии на желез-

(гармоники) напряжения в контактной

анодной шинам инвертора параллель-

нодорожном транспорте. Повышение

сети. Это приводит к сокращению

но цепи выпрямленного тока.

коэффициента мощности электрово-

срока службы изоляции электриче-

В статье

[7] были рассмотрены

зов и снижение коэффициента иска-

ских машин и аппаратов, к ухудшению

процессы работы инвертора и его

жения синусоидальности напряжения

работы устройств связи и управления

управления на первой зоне регули-

в контактной сети при их работе в

движением поездов, к сбоям в работе

рования при новом алгоритме управ-

режиме рекуперативного торможения

систем управления преобразователями

ления, содержащем принцип РФУ

ведет к повышению их энергетиче-

электровоза.

несколькими инверторами, где в си-

ской эффективности, что в конечном

Так как в режиме тяги электровоза

ловую схему каждого из которых

итоге приводит к повышению возврата

ВИП имеет значительно больший ко-

включено разрядное диодное плечо.

электроэнергии в контактную сеть, что

эффициент мощности, чем в режиме

Теперь рассмотрим способ работы

снижает затраты на тягу поездов.

В настоящее время современные

электровозы переменного тока чаще

всего состоят из двух или трех сек-

ций, в каждой из которых находится

по два выпрямительно-инверторных

преобразователя (ВИП), работающих

выпрямителями в режиме тяги элек-

тровоза и инверторами в режиме его

электрического рекуперативного тор-

можения. Существующие типовые ал-

горитмы управления преобразователя-

Рис. 1. Упрощенная силовая схема четырехзонного инвертора электровоза.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

Таблица 1. Типовой алгоритм управления тиристорными плечами

На рис. 1 представлена упрощенная

инвертора на высших зонах регулирования.

силовая схема четырехзонного инвер-

тора электровоза. Например, на четвер-

Плечи инвертора

Зона

Полупериод

той зоне регулирования в этом инвер-

VS1

VS2

VS3

VS4

VS5

VS6

VS7

VS8

торе работает секция а1-х1 вторичной

α_р

обмотки трансформатора, напряжение

которой подается на мост из тири-

α_р

сторных плеч VS1, VS2, VS3, VS4, VS7

и VS8. В таблице 1 представлен типо-

α_р

β_з

III

вой алгоритм управления тиристорными

–

α_р

β_з

плечами каждого инвертора электро-

воза на 2, 3 и 4-й зонах регулирования.

α_р

Процессы работы четырехзонно-

α_р

го инвертора при типовом алгоритме

его управления на высших зонах регу-

инвертора и его управления на выс-

схему каждого из которых включено лирования описаны в [1]. Особенно-

ших зонах регулирования при новом

разрядное диодное плечо.

стью процесса инвертирования на выс-

алгоритме разнофазного управления

Таблица 2. Новый алгоритм и разнофазное управление двумя инверторами

несколькими инверторами, в силовую

в одной секции электровоза на высших зонах регулирования.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

ших зонах регулирования при типовом

при котором в существующих схемах

Однако из-за необходимости задер-

алгоритме является то, что кривая вы-

инверторов поток электромагнитной

живать открытие одного плеча инвер-

прямленного напряжения имеет глубо-

энергии трансформатора на протяже-

тора относительно другого имело ме-

кие провалы напряжения до нуля на

нии угла δ направлен из сети в генера-

сто снижение среднего выпрямленно-

интервалах коммутации (рис. 3), что

тор, увеличивая тем самым реактивную

го напряжения инвертора, подаваемо-

создает достаточно большую пуль-

составляющую и уменьшая активную

го на тяговые двигатели, по сравнению

сацию выпрямленного напряжения

составляющую энергии, возвращае-

с типовым алгоритмом управления [3,

двигателя, значительный угол запаса

мую в сеть. Включение диодного пле-

4]. Это значительно ухудшало коэф-

инвертора увеличивает угол сдвига

ча в схему инвертора на 2-4-й зонах

фициент мощности электровоза.

фаз, приводящий к снижению коэф-

регулирования напряжения увеличи-

Для устранения указанного недо-

фициента мощности электровоза.

вает коэффициент мощности за счет

статка был разработан энергосбере-

Рассмотрим процессы работы при

увеличения выпрямленных значений

гающий алгоритм РФУ инверторами

новом алгоритме и разнофазном управ-

напряжения U_d и тока I_d инвертора,

электровоза. Этот алгоритм заключа-

лении двумя инверторами в одной

что создает увеличение возврата ак-

ется в том, что среднее выпрямленное

секции электровоза на примере чет-

тивной электроэнергии в сеть.

напряжение на тяговых двигателях

вертой зоны регулирования. Причем

Однако при фазовом регулирова-

остается неизменным относительно

в силовую схему каждого инвертора

нии напряжения инвертора, когда про-

существующего в настоящее время

параллельно цепи выпрямленного тока

исходит дополнительная коммутация

типового алгоритма управления, в ко-

включено разрядное диодное плечо и

тиристоров плеч при их управлении

тором нет РФУ. Достигается это тем,

последовательно с ним - токоограни-

импульсами a_р, послекоммутацион-

что время необходимой задержки им-

чивающий резистор (на рис. 1 диодное

ные колебания в кривой напряжения

пульсов управления делится пополам,

плечо и резистор показаны пунктирной

сети остаются без изменения и при

причем на один инвертор половинная

линией). Токоограничивающий рези-

a_р = 90 эл. град. имеют достаточно

задержка подается со знаком минус,

стор необходим для ограничения ско-

большую амплитуду. Для получения

а на другой инвертор - со знаком плюс

рости нарастания тока в момент вклю-

наибольшего эффекта повышения

(таблица

2). В следующем периоде

чения диодного плеча в работу [2].

качества электроэнергии на токопри-

напряжения сети для выравнивания

Диодное плечо присоединено като-

ёмнике электровоза при таком регу-

среднего выпрямленного напряжения

дом к анодной, а анодом - к катодной

лировании предлагается ввести РФУ

на тяговых двигателях задержанные

шинам инвертора. Для повышения ко-

инверторами каждой секции электро-

импульсы управления, подаваемые на

эффициента мощности электровоза на

воза по регулируемому углу a_р. Это

плечи инверторов, меняются местами.

высших зонах регулирования в режиме

управление заключается в задержке

Для детального исследования

рекуперативного торможения предла-

регулируемых импульсов управления

и сравнения электромагнитных про-

гается алгоритм управления, суть кото-

с углом aр, подаваемых натиристор-

цессов в электровозе при применении

рого заключается в подаче управляю-

ные плечи при фазовой коммутации

нового способа и энергосберегаю-

щих импульсов на тиристоры таким об-

различных групп инверторов, на рас-

щего алгоритма РФУ инверторами и

разом, чтобы разбить большой контур

четное время, равное первому полу-

типового алгоритма была разработана

коммутации на два, следующих один

периоду послекоммутационных коле-

математическая модель электровоза

за другим, и РФУ двумя инверторами

баний напряжения на токоприёмнике

в среде схемотехнического проекти-

на первой зоне регулирования, пред-

электровоза с учетом изменяющихся

рования MatLab. В качестве объекта

ставленный в таблице 2.

распределенных параметров контакт-

моделирования выбран электровоз

Согласно этому алгоритму управ-

ной сети. При этом в диапазоне углов

переменного тока типа ВЛ80Р, рабо-

ления необходимо подавать управля-

от 70 до 110 эл. град. полупериода на-

тающий в режиме рекуперативного

ющие импульсы на тиристоры плеч

пряжения сети реализуется максималь-

торможения. В качестве участка кон-

инвертора таким образом, чтобы раз-

ное время задержки, равное полупе-

тактной сети была выбрана двусто-

бить большой контур коммутации на

риоду 7-й гармоники сетевого напря-

ронняя схема питания от двух тяговых

два, следующих один за другим. Для

жения. В остальное время импульсы

подстанций системы тягового элек-

организации нового способа управ-

управления с углом aр задерживаются

троснабжения, которая является типо-

ления преобразователем подача им-

на меньшее время, равное полуперио-

вой для осуществления нормального

пульсов системой управления на ти-

ду высокочастотной гармоники с мак-

эксплуатационного режима работы

ристоры плеч, образующих данную

симальной ее амплитудой. При этом в

системы.

зону регулирования, осуществляется

местах ограничений угла a_р задержка

Электровоз в модели рассмотрен

с некоторой задержкой относительно

импульсов управления по времени

как комплексная система, состоящая

импульсов, подаваемых на тиристоры

уменьшается до нуля, то есть в этих

из нескольких подсистем, взаимо-

плеч, не участвующих в коммутации

местах РФУ прекращается.

действующих между собой. Таки-

при образовании зоны в типовом алго-

Ранее предлагаемые алгоритмы

ми подсистемами являются силовая

ритме управления.

управления инверторами электровоза

электрическая схема электровоза,

Включение диодного плеча по-

с РФУ также улучшали качество элек-

система управления ВИП электровоза

зволяет ликвидировать режим работы,

трической энергии в контактной сети.

и контактная сеть. Силовая электри-

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

ческая схема электровоза представ-

лена схемой замещения, состоящей

из тягового трансформатора, ВИП,

выпрямительной установки возбужде-

ния, сглаживающих реакторов и тя-

говых двигателей. Для объективного

сравнения типового и предлагаемого

алгоритмов управления инверторами

параметры математических моделей

электровозов, работающих в режимах

рекуперативного торможения с этими

алгоритмами управления, приняты рав-

ными друг другу.

Для более точного отображе-

ния взаимного влияния переходных

процессов в системе контактная

сеть

- электровоз модель электро-

Рис. 2. Кривые напряжения в контактной сети u1 и тока в первичной обмотке

воза расположена на расстоянии 24

тягового трансформатора i₁ секции электровоза при типовом алгоритме

км от тяговой подстанции, то есть в

управления инвертора в режиме рекуперативного торможения на 4-й зоне

середине фидерной зоны, где проис-

= 90 эл. град., φ = 38,7 эл.град.

регулирования при α_р

ходит самое большое влияние пара-

метров контактной сети и электровоза

на качество электрической энергии на

токоприемнике электровоза. Модель

контактной сети представлена схемой

замещения, которая состоит из ка-

скадно соединенных Т-образных сим-

метричных четырехполюсников. Они

моделируют погонные параметры

системы

(индуктивность и активное

сопротивление контактной сети, рас-

пределенную емкость относительно

земли и сопротивление, обусловлен-

ное током утечки с проводов линии и

изоляторов) [5].

Режим рекуперативного тормо-

жения электровоза с номинальной

нагрузкой в модели выбран близким

к подобному режиму одиночной ра-

Рис. 3. Кривые выпрямленного напряжения ud и выпрямленного тока i_d

боты реального электровоза ВЛ80Р с

инвертора, а также кривая коэффициента мощности при типовом алгоритме

поездом на фидерной зоне.

управления в режиме рекуперативного торможения на 4-й зоне регулирования

Для типового алгоритма и пред-

при α_р = 90 эл. град.

лагаемого алгоритма управления ин-

верторами с РФУ и диодным плечом

было проведено математическое мо-

делирование процессов работы элек-

тровоза на

4-й зоне регулирования

при α_р = 90 эл. град., по результатам

которого получены осциллограммы

электромагнитных процессов в виде

кривых напряжения в контактной сети

u₁, тока в первичной обмотке тягового

трансформатора i₁ cекции электрово-

за, кривых выпрямленного напряжения

u_d и выпрямленного тока i_dинвертора,

а также гармонический состав пере-

Рис. 4. Гармонический состав переменного напряжения u1 на токоприемнике

электровоза в режиме рекуперативного торможения на 4-й зоне регулирования

менного напряжения сети u₁, пред-

при типовом алгоритме управления.

ставленные на рис. 2 - 7.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

По приведенным на рис. 4 и рис. 7

параметрам гармонического состава в

виде амплитуд гармоник напряжения

сети рассчитаны коэффициенты их

гармонических составляющих K_U(n)

при типовом алгоритме и предлагае-

мом алгоритме разнофазного управ-

ления с диодным плечом в схеме ин-

вертора. Результаты расчетов сведены

в таблицу 3. Для сравнения результа-

тов моделирования процессов работы

электровоза с различными алгоритма-

ми управления инверторами был вы-

бран критерий сравнения - коэффи-

циент искажения синусоидальности

напряжения K_U контактной сети на то-

коприемнике электровоза, нормируе-

мый согласно ГОСТ Р 54149-2010 [6].

Рис. 5. Кривые напряжения в контактной сети u₁ и тока в первичной обмотке

Определение коэффициента мощ-

тягового трансформатора i₁ секции электровоза при предлагаемом алгоритме

ности производилось с учетом не-

управления с РФУ и диодным плечом в режиме рекуперативного торможения на

синусоидальности напряжения сети и

4-й зоне регулирования при α_р = 90 эл. град., φ = 28,8 эл.град.

тока в первичной обмотке тягового

трансформатора электровоза в среде

MatLab при проведении моделирова-

ния на ЭВМ по формуле

cos

∑

k=1

⋅

∑

k=0

U I +U I cos +

+U I cos

…

U2+U2+…+U2⋅ I2+I2+…+I2

где U₀, I₀ - постоянные составляю-

щие напряжения и тока; U₁, I₁ - дей-

ствующие значения синусоидальных

напряжения и тока

1-й гармоники;

Рис. 6. Кривые выпрямленного напряжения u_d и выпрямленного тока i_d

U_k, I_k - действующие значения сину-

инвертора, а также кривая коэффициента мощности при предлагаемом

соидальных напряжения и тока k-й

алгоритме с РФУ и диодным плечом в режиме рекуперативного торможения

на 4-й зоне регулирования при α_р = 90 эл. град.

гармоники; φ_k

- угол сдвига фазы

между напряжением и током k-й гар-

моники.

Коэффициент искажения синусои-

дальности напряжения K_U контактной

сети на токоприемнике электровоза

определяется по формуле

∑

(n)

n=2

100%

(1)

где U_(n) - значение n-й гармонической

составляющей напряжения; U₍₁₎ - зна-

чение первой

(основной) гармоники

Рис. 7. Гармонический состав переменного напряжения u₁ на токоприемнике

напряжения; N

- номер гармоники

электровоза в режиме рекуперативного торможения на 4-й зоне регулирования

(n)

напряжения.

при предлагаемом алгоритме управления с РФУ и диодным плечом.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

Таблица 3. Разница в процентном соотношении средних значений коэффициента

ведующим кафедрой «Электроподвижной со-

несинусоидальности напряжения сети, коэффициента мощности электровоза

став» ФГБОУ «ИрГУПС». Имеет 210 научных

и угла сдвига фаз между входным током и сетевым напряжением при типовом

трудов, в том числе 50 патентов на изобретения

и предлагаемом алгоритмах управления с РФУ и диодным плечом.

и полезные модели. Награжден отраслевыми

наградами ОАО «РЖД».

Способы управления

φ,

K_U

K_М

ВИП

эл. град.

Власьевский Станислав Васильевич

Типовой

12,98

100

0,608

100

38,7

100

родился в 1939 году. В 1966 году окончил

Предлагаемый с разрядным диодным

Хабаровский институт инженеров железнодо-

7,17

55,24

0,732

120,4

28,8

74,5

плечом и РФУ (33 гармоника)

рожного транспорта по специальности «Элек-

трификация железных дорог». Доктор техни-

ческих наук, профессор. В 2001 году защитил

На рис. 3 и рис. 6 показаны сред-

инвертора электровоза с включением диодного

докторскую диссертацию на тему: «Повышение

ние значения коэффициента мощно-

плеча параллельно цепи выпрямленного тока //

эффективности выпрямильно-инверторных пре-

сти электровоза. Результаты расчета

Проблемы транспорта Восточной Сибири. Сб.

образователей электровозов однофазно-по-

K_U и K_М заносим в таблицу 3.

тр. Третьей всероссийской научно-практиче-

стоянного тока с рекуперативным торможени-

Анализируя полученные результа-

ской конференции студентов, аспирантов и мо-

ем». Опыт работы - 48 лет. В настоящее время

ты моделирования (рис. 2, 3, 5 и 6) на

лодых учёных, 18-19 апреля 2012 г., - Иркутск:

работает профессором кафедры «Электротех-

ника, электроника и электромеханика» ФГБОУ

4-й зоне регулирования инверторами

Изд-во ИрГУПС, 2013. - Ч. 1. - С. 31 - 36.

«ДВГУПС». Имеет 164 научные работы, в том

при типовом и предлагаемом спосо-

3. Кулинич Ю.М., Находкин В.В., Широчен-

числе 20 патентов и авторских свидетельств на

бах, отмечаем, что коэффициент не-

ко Н.Н., Кучумов В.А., Штибен Г.А. Испытания

изобретения, 4 монографии и 14 учебных по-

синусоидальности напряжения сети

электровоза ВЛ85 с разнофазным управлением

собий. Награжден знаками «Почетный работник

K_U снизился на

55%, коэффициент

выпрямительно-инверторными преобразовате-

науки и техники РФ», «Почетный железнодо-

мощности электровоза K_М увеличился

лями // Вестник Всероссийского научно-иссле-

рожник»,

«Лучший изобретатель железнодо-

на 20%, а угол сдвига фаз между вход-

довательского и проектно-конструкторского

рожного транспорта», «200 лет транспортному

образованию России» и «30 лет Байкало-Амур-

ным током и сетевым напряжением

института электровозостроения.

1986.

№ 4.

ской магистрали».

уменьшился на 25%.

С. 23 - 26.

4. Мельниченко О.В., Газизов Ю.В. Повыше-

Melnichenko Oleg - was born in 1976. In 1999

Выводы

ние энергетических показателей электровозов

he graduated from Irkutsk Railway Transport En-

1. Разработан новый энергосбере-

переменного тока // Железнодорожный транс-

gineers Institute with a degree «Electrical vehicle

гающий алгоритм разнофазного управ-

порт. 2010, № 3. С. 50 - 52.

of railways». Candidate of Engineering Science,

ления инверторами на

2-4-й зонах,

5. Савоськин А.Н., Кулинич Ю.М., Алексеев

assistant professor. In 2005 he defended his dis-

который не снижает среднее значение

А. С. Математическое моделирование электро-

sertation on the subject «Increasing of energy

indicators of locomotives of single-phase direct

выпрямленного напряжения, подавае-

магнитных процессов в динамической системе

current with thyristor rectifiers». He has

мое на тяговые двигатели, по сравне-

контактная сеть - электровоз // Электричество.

years of work experience. At the present time

нию с ранее разработанными алгорит-

2002. №2. С. 29 - 35.

he works as the head of «Electrically propelled

мами разнофазного управления.

6. ГОСТ Р 54149-2010. «Электрическая энергия.

vehicles» Department of Irkutsk Railway Trans-

2. Применение на высших зонах

Совместимость технических средств электромаг-

port Engineers Institute. He has 210 publications,

регулирования предлагаемого спосо-

нитная. Нормы качества электрической энергии

including

50 patents for inventions and useful

ба управления и нового энергосбе-

в системах электроснабжения общего назна-

models. He was awarded with industry awards of

«Russian Railways» Ltd.

регающего алгоритма разнофазного

чения». [Текст]; - М.: Изд-во Стандартинформ,

управления инверторами совместно

2012. - 15 с.

Vlasyevskiy Stanislav - was born in 1939. In

с диодным плечом позволяет значи-

7. Мельниченко О.В., Власьевский С.В. Повы-

1966 he graduated from Khabarovsk Railway

тельно снизить (более 50%) коэффи-

шение энергетической эффективности электро-

Transport Engineers Institute with a degree

циент искажения синусоидальности

воза переменного тока в режиме рекуператив-

«Railways Electrification». Doctor of Engineer-

напряжения сети, то есть повысить

ного торможения с помощью разнофазного

ing Science, professor. In 2001 he defended his

качество электрической энергии на

управления инверторами на первой зоне регули-

Doctor dissertation on the subject «Efficiency in-

creasing of reversible converters of locomotives

токоприемнике электровоза, повысить

рования // Вестник Иркутского государственно-

of single-phase direct current with regeneration

коэффициент мощности электровоза

го технического университета, №7(90), 2014, -

braking». He has 48 years of work experience.

не менее 20%, а угол сдвига фаз меж-

С. 119 - 127.

At the present time he works as the professor of

ду входным током и сетевым напряже-

«Electric Engineering, electronics and electrome-

нием уменьшить на 25% по сравнению

Мельниченко Олег Валерьевич - родился

chanics» Department of the Far East State Com-

в 1976 году. В 1999 году окончил Иркутский

с типовым алгоритмом управления.

munications University. He has 164 publications,

институт инженеров железнодорожного транс-

including 20 patents and copyright certificates for

порта по специальности «Электрический транс-

Литература:

inventions, 4 monographs and 14 guidance manu-

порт железных дорог». Кандидат технических

als. He was awarded with the following decora-

1. Тихменев Б.Н., Кучумов В.А. Электровозы

наук, доцент. В 2005 году защитил диссертацию

tions: «Honorable worker of science and tech-

переменного тока с тиристорными преобразо-

по теме: «Повышение энергетических показате-

nics of RF», «Honorable railwayman», «The best

вателями // М.: Транспорт, 1988. - 311 с.

лей электровозов однофазно-постоянного тока

inventor of Railways», «200 years’ anniversary of

2. Мельниченко О.В., Портной А.Ю., Шрам-

с тиристорными выпрямителями». Опыт рабо-

transport education of Russia» and «30 years’ an-

ко С.Г. Лабораторные исследования модели

ты - 14 лет. В настоящее время работает за-

niversary of Baikal-Amur Mainline».

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

Автоматическая организация

плановых видов ремонта грузовых вагонов

// Automatic organization of planned repairs of freight cars //

конкурирующими субъектами вагоно-

Петилава Р.А.,

ремонтного комплекса.

ЗАО «Спецэнерготранс», г. Москва

При решении задачи по опреде-

На основе методов математического

On the basis of mathematical linear pro-

лению вагоноремонтных предприятий,

линейного программирования раз-

gramming has developed a program that

в которых расходы компании на орга-

работана программа, позволяющая

allows you to determine the car-repair

низацию плановых видов ремонта гру-

однозначно определить вагоноре-

companies in which the company’s

зовых вагонов будут минимальны, спе-

монтные предприятия, в которых

expenses for the organization of the

расходы компании на организацию

planned repairs of freight cars will be

циалистам необходимо перебирать

плановых видов ремонта грузовых

minimal.

множество вариантов организации

вагонов будут минимальны.

Keywords: car repairs, mathematical

планового ремонта вагонов (рис. 1).

Ключевые слова: ремонт вагонов,

linear programming, minimize costs.

Из рис. 1 видно, что просчитать

математическое линейное програм-

все возможные варианты и выбрать

мирование, минимизация расходов.

оптимальный вручную практически

В связи с введением западными

истекающими нормативами по плано-

невозможно. Точные математические

странами секторальных санкций во

вым видам ремонта. Работа сотруд-

расчеты на практике обычно заменя-

второй половине

2014 года может

ников отделов эксплуатации и ре-

ются интуицией и логическим мышле-

произойти серьезное снижение уров-

монта подвижного состава в каждом

нием сотрудника. И чем ниже профес-

ня российской экономики. А так как

конкретном случае сводится к опре-

сиональный уровень специалиста, тем

железнодорожный транспорт сразу

делению вагоноремонтных предпри-

сильнее будет разница между выбран-

же ощущает на себе малейшие изме-

ятий, в которых расходы компании

ным вариантом организации планового

нения в экономической жизни страны,

на организацию плановых видов

ремонта и оптимальным.

ожидать улучшения тяжелейшей си-

ремонта грузовых вагонов будут

Для минимизации расходов на

туации на рынке грузовых железно-

минимальны. С образованием трех

ремонт и эксплуатацию подвижно-

дорожных перевозок не приходится.

вагоноремонтных компаний

(ОАО

го состава разработана специальная

При данном стечении обстоятельств

«ВРК»), а также выходом на рынок

программа, которая позволяет авто-

собственникам вагонов необходимо

плановых видов ремонта множества

матически определять вагоноремонт-

сократить до минимума все возмож-

частных вагоноремонтных предпри-

ные предприятия для прохождения

ные расходы. Одной из значительных

ятий у собственников вагонов по-

грузовыми вагонами плановых видов

статей расходов на железнодорож-

явился очень большой выбор между

ремонта.

ном транспорте традиционно остается

организация плановых видов ремонта

грузовых вагонов.

В эпоху существования МПС ваго-

ны после выгрузки в большинстве слу-

чаев просто отправляли в ближайшее

вагоноремонтное предприятие, но с

появлением множества собственни-

ков подвижного состава данная схема

несколько изменилась. Теперь опре-

делением вагоноремонтных предпри-

ятий для организации плановых видов

ремонта грузовых вагонов занимаются

отделы эксплуатации и ремонта под-

вижного состава.

Специалисты по программам типа

АСУ ТК, МЦ-Слежение и других от-

слеживают дислокацию вагонов с

Рис. 1. Возможные варианты организации деповского ремонта.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

Рис. 4. Файл «Доходная ставка».

ся в плановом ремонте, однако гра-

фа в столбце «Согласованное депо

ремонта» не заполнена. Для указан-

Рис. 2. Схема работы программы.

ных выше вагонов программа будет

Минимизация расходов на органи-

продегазированных цистерн.

определять вагоноремонтные пред-

зацию плановых видов ремонта про-

Общая схема работы программы

приятия.

исходит за счет:

изображена на рис. 2.

Файл «Доходная ставка» запол-

• однозначного определения ваго-

Файл

«Дислокация» в формате

няется коммерческим отделом част-

норемонтных предприятий, в которых

«xlsх» не составляет труда экспор-

ной компании (рис. 4). Он необходим

расходы компании на организацию

тировать из любой программы сле-

для расчета финансовых потерь от

плановых видов ремонта грузовых ва-

жения типа АСУ ТК, МЦ-Слежение,

времени нахождения вагона в пути на

гонов будут минимальны;

Agrimeent и других. Из данного фай-

вагоноремонтные предприятия, вре-

• сокращения штата сотрудников,

ла программа отфильтровывает номе-

мени простоя в ожидании ремонта и

занимающихся организацией плано-

ра вагонов собственности компании,

в ремонте, а также нахождения вагона

вых видов ремонта грузовых вагонов;

даты следующего планового ремонта,

в пути на станции погрузки.

• почти полного исключения оши-

оставшийся пробег вагонов, текущую

Файл «Средняя стоимость ремонта

бок, таких как: оформление в плано-

дислокацию вагона, модель вагона,

в ВЧДр» заполняется сотрудниками

вый ремонт вагонов с неистекшими

ранее перевозимый груз, суммарный

отдела эксплуатации и ремонта под-

нормативами по плановым видам ре-

простой вагонов на станциях ремонта.

вижного состава (рис. 5). В нем ука-

монта; подсыл в ремонт моделей ва-

Также в определенном столбце ука-

зывается средняя цена на плановый

гонов, на которые вагоноремонтное

зано, оформлен вагон или нет и, если

ремонт вагонов за последний месяц.

предприятие не имеет лицензии; под-

оформлен, то в какое вагоноремонт-

В базах программы находятся:

сыл на вагоноремонтные предприятия

ное предприятие.

• математический аппарат;

непромытых универсальных крытых

Желтым цветом на рис. 3 выде-

• тарифные руководства России,

вагонов, после грузов требующих

лены номера вагонов, которые по

Азербайджана, Беларуси, Грузии, Ка-

промывки; подсыл на вагоноремонт-

следующей дате планового ремонта

захстана, Киргизии, Латвии, Литвы,

ные предприятия непропаренных/не-

или оставшемуся пробегу нуждают-

Молдовы, Таджикистана, Туркмени-

Рис. 3. Файл дислокации грузовых вагонов в формате «xlsх».

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 5 2014

Рис. 5. Средняя стоимость ремонта в ВЧДр.

стана, Узбекистана, Украины, Эстонии;

Литература:

Петилава Руслан Александрович - ро-

• план формирования грузовых ва-

1. Амосов А.А., Дубинский Ю.А., Копчено-

дился в 1989 году. В 2011 году окончил Мо-

гонов.

ва Н.В., Вычислительные методы для инжене-

сковский государственный университет путей

После загрузки в программу трех

ров. - М.: Высшая школа, 1994. - 544 с.

сообщения (МИИТ) по специальности «Вагоны

файлов их обработка занимает не-

2. Васильев Ф. П., Иваницкий А. Ю., Линейное

и вагонное хозяйство». Опыт работы - 4 года.

сколько минут. По истечении указан-

программирование.

- М.: Факториал Пресс,

В настоящее время работает ведущим специ-

ного выше времени программа «Ин-

2008. - 328 с.

алистом ЗАО «Спецэнерготранс» и учится в

теллектуальная логистика» выдает

3. Голоскоков В.Н. Структурная реформа же-

аспирантуре МГУПС (МИИТ).

вариант распределения вагонов с ис-

лезнодорожного транспорта и логистические

текающими нормативами по плановым

технологии.

- М.: Издательство

«Креативная

Petilava Ruslan - was born in 1989. In 2011 he

видам ремонта по вагоноремонтным

экономика», 2007.-280 с.

graduated from the State University of Railway

предприятиям, при котором затраты

4. Интрилигатор М. Математические методы

Engineering (MIIT) with a degree in «Carriages

организации будут минимальны.

оптимизации и экономическая теория/ Пер. с

and carriage stock». Work experience is 4 years.

Из вышесказанного следует сде-

англ. - М.: Прогресс, 1975.

At the present time he works as a leading special-

лать вывод, что внедрение разрабо-

5. Устич П.А., Иванов А.А., Митюхин В.Б. Кон-

ist in JTC «Specenergotrans» and pursues post-

танной программы в работу транс-

цепция интеллектуального управления // Мир

graduate studies in the State University of Railway

портных фирм позволит значительно

транспорта, 2008, № 3. - С. 4-11.

Engineering (MIIT).

сократить расходы на организацию

6. Фролькис В. А. Введение в теорию и методы

плановых видов ремонта грузовых

оптимизации для экономистов. 2-е изд. - СПб.:

вагонов.

Питер, 2002. - 320 с.

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 5 2014

Современные системы управления

вспомогательным электроприводом

локомотива

// Modern control systems auxiliary electric locomotive //

разователя (ВИП) и напряжения в кон-

Евстафьев А.М., к.т.н., доцент,

тактной сети. Искажение формы тока

Якушев А.Я., к.т.н., профессор,

при замыкании части или всей тяговой

ФГБОУ ВПО ПГУПС, г. Санкт-Петербург

обмотки трансформатора увеличивает

Рассмотрены вопросы применения

The authors has considered the prob-

пульсации электромагнитного момента

современных систем управления

lems of modern control systems auxil-

асинхронных двигателей, получаю-

вспомогательным электроприводом

iary application on electric rolling stock

на электрическом подвижном соста-

and their advantages.

щих питание от обмотки собствен-

ве и их преимущества.

Keywords: vector control, pulse-width

ных нужд, напряжение на которой на

Ключевые слова: векторное управле-

modulation, auxiliary drive.

интервале коммутации снижается и

ние, широтно-импульсная модуляция,

становится практически равным нулю.

вспомогательный электропривод.

Наличие высших гармоник и несимме-

Задачи энергосбережения на же-

надежность конструкции асинхронных

трия питающего напряжения приводят

лезнодорожном транспорте не толь-

двигателей должны были гарантиро-

к повышенному нагреву асинхронных

ко не теряют свою актуальность, но

вать высокий уровень надежности в

двигателей и, как следствие, к уско-

и приобретают первостепенную важ-

эксплуатации, но до 20% общего чис-

ренному старению изоляции, пуль-

ность. Внедрение энергоэффектив-

ла отказов на электровозах связано с

сации электромагнитного момента, к

ных технологий и конструкторских

системами питания собственных нужд

повышенному механическому износу.

решений позволяет экономить зна-

[2]. Негативное влияние на работу

Таким образом, существующая систе-

чительные ресурсы и уменьшать не-

вспомогательных машин оказывают

ма питания вспомогательных машин не

гативную нагрузку на окружающую

значительные колебания напряжения,

позволяет реализовать преимущества

среду. Снизить энергопотребление

наличие в нем высших гармоник, то-

асинхронных двигателей, приводит

и повысить надежность электропод-

ковые и механические нагрузки при

к неоправданному расходу электро-

вижного состава (ЭПС) переменного

пуске двигателей. Момент сопротив-

энергии и требует существенного

тока возможно за счет совершенство-

ления на валу у двигателей вентилято-

улучшения.

вания системы вспомогательного при-

ров и насосов зависит от температуры

В зарубежной практике система пи-

вода, на которую приходится до 18%

и давления атмосферного воздуха, а

тания собственных нужд современных

электроэнергии, расходуемой на тягу

у компрессора - от параметров тор-

электровозов существенно отличает-

[1]. На электровозах переменного

мозной системы поезда, с которым

ся от систем, используемых на отече-

тока питание трехфазных асинхрон-

следует электровоз. Необходимо

ственном тяговом подвижном соста-

ных двигателей вспомогательных ма-

также учитывать, что кроме обмот-

ве. Питание всех цепей собственных

шин осуществляется от однофазной

ки собственных нужд тяговый транс-

нужд, включая вспомогательные ма-

сети с помощью простых и надежных

форматор электровоза имеет тяговую

шины, осуществляется от статических

систем преобразования числа фаз,

обмотку, к которой подключена ос-

преобразователей, которые, как пра-

разработанных в 60-х годах прошло-

новная нагрузка - тяговые двигатели.

вило, имеют несколько независимых

го века. Так, например, для преоб-

Особенность работы тягового транс-

каналов, формирующих независимые

разования однофазного напряжения

форматора заключается в том, что на

цепи питания для однофазной, трех-

в трехфазное на электровозах пере-

интервале времени коммутации обмот-

фазной нагрузки и цепей постоянного

менного тока в ВЭЛНИИ была раз-

ки тягового трансформатора оказыва-

тока. Кроме упрощения и унификации

работана конструкция расщепителя

ются замкнутыми накоротко. Короткое

отдельных узлов, такая концепция по-

фаз НБ455А, который обеспечивал

замыкание тяговой обмотки влияет на

строения позволяет снизить общую

уверенный запуск мотор-компрессора,

формы кривых выпрямленного напря-

массу и объем преобразователя соб-

мотор-вентилятора и мотор-насоса.

жения и тока во всех обмотках транс-

ственных нужд. Такое решение реали-

Однако при установившихся режимах

форматора. Длительность интервала

зовано в преобразователях собствен-

работы системы вспомогательного

коммутации зависит от величины вы-

ных нужд поезда Coradia Lirex депо

привода роль расщепителя фаз стано-

прямленного тока, ступени транс-

Стокгольма [3]. В нем реализованы

вится незначительной. Простота схем

форматора или зоны регулирования

четыре резервированные системы

включения вспомогательных машин и

выпрямительно-инверторного преоб-

переменного тока, которые получа-

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 5 2014

ствии с выбранным законом частотно-

го управления.

Скалярные системы управления

просты в реализации и обеспечивают

в установившихся режимах работы

высокую перегрузочную способность

асинхронного двигателя по моменту и

потери энергии на уровне номиналь-

ных. При постоянном отношении на-

пряжения питания электродвигателя к

частоте в номинальном режиме маг-

нитный поток и развиваемый двигате-

лем момент также постоянны. Однако

магнитный поток при этом не будет

соответствовать номинальным значе-

ниям в следующих случаях:

• при пуске и работе на очень низ-

ких частотах;

• при работе с изменяющимися на-

грузками.

В первом случае необходимо до-

полнительное увеличение магнитного

потока двигателя, а во втором - воз-

Рис.1. Преобразователь собственных нужд поезда Coradia Lirex.

можность регулирования магнитного

ют питание от двух преобразователей

В наибольшей степени

это каса-

потока ротора в соответствии с изме-

(рис. 1).

ется электропривода компрессоров и

нениями нагрузки.

Два гальванически разделенных

насосов, нагрузка которых изменяется

При построении систем управле-

преобразователя образуют систему

в зависимости от многих факторов.

ния асинхронными двигателями на со-

постоянного тока напряжением 400В,

Поэтому компрессор системы конди-

временной элементной базе большое

которая связана с шиной, проходя-

ционирования поезда Coradia Lirex

распространение получил векторный

щей через весь поезд. К шине под-

получает питание напряжением регу-

подход к описанию параметров дви-

ключены два трехфазных инвертора

лируемой частоты от отдельного пре-

гателя и управлению моментообра-

230/400В, дополнительный инвертор,

образователя. В отечественном локо-

зующих составляющих током и маг-

два зарядных агрегата (преобразова-

мотивостроении способ частотного

нитным потоком. Такой метод обе-

теля) напряжением 110В постоянно-

регулирования напряжения питания

спечивает оптимальный угол между

го тока. Все инверторы выполнены

асинхронного двигателя компрессора

магнитными полями ротора и статора

с активным резервированием. Такой

использован на электровозе ЭП10,

электродвигателя при изменении ско-

модульный принцип позволяет эко-

инверторы преобразователя соб-

рости вращения. При этом доступной

номить расходы и затраты времени

ственных нужд формируют три рабо-

управляемой переменной в асинхрон-

на разработку преобразователей, ми-

чие ступени с выходным напряжением

ном двигателе является только ток

нимизировать риски проектирования

и частотой [5]:

статора, который имеет составляю-

благодаря использованию большого

• 1 ступень - 130В, 17Гц;

щие, образующие магнитный поток и

числа унифицированных компонен-

• 2 ступень - 250В, 33Гц;

момент. Таким образом, в асинхрон-

тов. Основными преимуществами

• 3 ступень - 380В, 50Гц.

ном двигателе необходимо обеспе-

применения инверторов напряжения

Для регулирования скорости вра-

чить одновременное управление ам-

для питания трехфазных электродви-

щения асинхронных двигателей ис-

плитудой и фазой тока в обмотках

гателей вспомогательного привода

пользуют разнообразные системы

статора, то есть оперировать их век-

являются:

частотного управления питающего на-

торными величинами.

• повышение надежности вспомо-

пряжения, которые можно разделить

Несмотря на относительную слож-

гательных электроприводов;

на два вида: скалярные и векторные.

ность реализации, этот способ управ-

• исключение разрушительных и

При скалярном способе управления

ления трехфазными двигателями пере-

энергозатратных (энергоемких) пере-

на обмотках статора формируется

менного тока обладает следующими

ходных процессов;

гармоническое напряжение, частота

преимуществами:

• повышение качества напряжения

и действующее значение которого

• большой диапазон регулирова-

питания вспомогательных электропри-

контролируются системой управления.

ния скорости вращения;

водов и реализация частотного пуска;

Частота напряжения, подводимого к

• хорошая реакция на изменение

• снижение затрат электроэнергии

статору, и его амплитуда связаны ана-

нагрузки;

на вспомогательный электропривод [4].

литической зависимостью в соответ-

• точное регулирование мощности;

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 5 2014

тока осуществляется двумя скаляр-

ными регуляторами проекций. Враще-

ние системы вычисляют посредством

формул координатных преобразо-

ваний, измеряя или вычисляя угол её

поворота относительно неподвижной

системы координат. В качестве крите-

рия оптимизации энергетической эф-

фективности, как правило, принимают

минимум тока статора, при котором

Рис. 2. Алгоритм прямого и обратного преобразования.

двигателем вырабатывается необхо-

• высокий крутящий момент при из-

управление асинхронным двигателем

димый момент, что обеспечивает ми-

менении скорости двигателя в широ-

становится подобным управлению

нимальные потери.

ком диапазоне;

двигателем постоянного тока, так по

После выполнения необходимых

• рабочие характеристики сравни-

оси d формируется поле двигателя, а

вычислений в соответствии с приня-

мы с характеристиками приводов по-

ток по оси q управляет моментом. При

тым алгоритмом вектор напряжения и

стоянного тока.

векторном управлении главным по-

тока статора преобразуется в непод-

Векторное управление асинхрон-

токосцеплением система управления

вижную систему координат, связан-

ными двигателями может быть реали-

двигателя упрощается, и исключает-

ную со статором, используя обратные

зовано различными способами, кото-

ся чрезмерное насыщение магнитной

преобразования Кларка и Парка, и

рые отличаются друг от друга изме-

системы. Параметры вектора главно-

реализуется посредством трехфаз-

ряемыми параметрами для вычислений

го потокосцепления определяются в

ной широтно-импульсной модуляции

активного тока, тока намагничивания,

неподвижной системе координат α и

(ШИМ), силовых транзисторов инвер-

магнитного потока и крутящего мо-

β. Переход из трехфазной системы в

тора, который вырабатывает трехфаз-

мента. Принцип векторного управле-

двухфазную

(преобразование Клар-

ное напряжение для питания обмоток

ния заключается в следующем: опре-

ка) называют переходом от реальной

асинхронного двигателя.

деляется направление и угловое поло-

трехфазной машины к абстрактной,

Такая система электропривода

жение вектора потокосцепления дви-

обобщенной двухфазной машине

строится со звеном постоянного тока,

гателя в координатах d и q (x, y). Оси

(рис. 2).

в которой на вход инвертора подает-

d и q ориентируют по потоку ротора

Дифференциальные уравнения,

ся постоянное напряжение с выхода

двигателя. Вектор напряжения статора

описывающие асинхронный двига-

блока выпрямителя, объединяющего

двигателя регулируют в координатах,

тель, принимают простейший вид во

мостовой выпрямитель и корректор

при этом составляющая напряжения,

вращающейся системе координат d q

коэффициента мощности. Блок выпря-

подводимого к статору двигателя,

(преобразование Парка). Поскольку

мителя обеспечивает стабилизацию

по оси d регулирует величину тока

вектор главного потокосцепления не-

величины напряжения, подаваемого на

по этой оси и амплитуду вектора по-

подвижен относительно вращающей-

инвертор при колебаниях напряжения

тока ротора. Вектор тока статора по

ся системы координат, его амплитуда

в контактной сети, что также благо-

оси q регулируется напряжением по

и фаза однозначно определяются

приятно влияет на энергоэффектив-

этой оси и определяет момент, раз-

проекциями на оси координат. Управ-

ность и надежность вспомогательного

виваемый двигателем. Таким образом,

ление векторами потокосцепления и

электропривода. На рис. 3 приведена

типовая функциональная схема элек-

тропривода с питанием асинхронного

двигателя от инвертора [6].

Практика показала успешность

применения в системах электропри-

вода переменного тока как специ-

ализированных микроконтроллеров

электропривода, так и микроконтрол-

леров общего назначения, использу-

ющих различные архитектуры (RISC,

DSP, CISC), специализированные бло-

ки управления ШИМ и другие. Для

современных разработчиков регули-

руемого электропривода доступна

широкая номенклатура специализи-

рованных контроллеров, драйверов,

интеллектуальных силовых модулей

Рис. 3. Функциональная схема электропривода.

от различных производителей: Texas

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 5 2014

Instruments, Freescale, Microchip,

реализация векторного управления

5. Система вспомогательного привода электро-

Atmel, Intel, Fuji, Infineon и других.

позволяет получить сочетание вы-

воза двойного питания типа ЭП10 / А.И. Лещев,

Применение готовых библиотек, на-

сокого быстродействия, точности и

С.С. Матекин, С.А. Усвицкий, В.Н. Поздняков //

бора программ и решений от произво-

устойчивости алгоритмов управления

Электровозостроение: сборник научных трудов

дителей в значительной степени упро-

при низкой стоимости контроллера.

Всероссийского научно-исследовательского и

стило задачу разработки аппаратной

Модернизация систем вспомога-

проектно-конструкторского института электро-

и программной частей регулируемого

тельного привода позволит суще-

возостроения. - 2000. - №42. - ISSN 1816-1928.

электропривода. Помимо электрон-

ственно улучшить энергоэффектив-

6. Electric motor efficiency depends upon power

ных компонентов для построения си-

ность системы. В современных систе-

factor Part 1,2. / Richard Newell / www.industri-

стем управления электроприводами

мах управления электродвигателями

alcontroldesignline.com.

компании-разработчики электронной

активная коррекция коэффициента

техники предлагают специализиро-

мощности является одним из обяза-

Евстафьев Андрей Михайлович - родился

ванные библиотеки функций и алго-

тельных требований, так как электро-

в 1979 году. Выпускник Петербургского госу-

ритмов преобразования двухкоорди-

двигатели представляют собой нели-

дарственного университета путей сообщения.

натной системы в трехкоординатную

нейную нагрузку для цепей перемен-

Кандидат технических наук, доцент. В 2005 году

и обратно, используемых при постро-

ного тока. Действующие стандарты

защитил кандидатскую диссертацию на тему:

ении систем векторного управления

требуют применения во вспомога-

«Электронные системы ослабления возбуж-

приводом. Базовые функции содержат

тельном приводе более эффективных

дения тяговых двигателей электроподвижного

набор необходимых тригонометриче-

электродвигателей и усовершенство-

состава». В настоящее время работает заведу-

ских и математических функций, функ-

ванных методов коррекции коэффи-

ющим кафедрой «Электрическая тяга» ПГУПС.

ций вычисления текущей скорости

циента мощности и снижения уровня

Автор более 100 печатных трудов и патентов.

ротора, угла поворота, задания вели-

гармоник в сетевом токе. Продвиже-

чины нового угла поворота ротора и

ние современных методов преобра-

Якушев Алексей Яковлевич

- родился

другие. Однако массовое использова-

зования числа фаз и управления асин-

в 1940 году. В 1964 году окончил Ленинградский

ние показало ограниченность готовых

хронным электроприводом способ-

институт инженеров железнодорожного транс-

решений, сложность внесения измене-

ствует снижению эксплуатационных

порта (ЛИИЖТ) по специальности «Инженер

ний и адаптации электропривода к ус-

затрат, увеличению межремонтных

путей сообщения, электромеханик». Кандидат

ловиям эксплуатации. Внесение изме-

пробегов электроподвижного соста-

технических наук, доцент. В 1970 году защитил

нений требует от разработчиков глу-

ва, существенному снижению потре-

кандидатскую диссертацию на тему: «Исследова-

боких знаний теории электропривода

бления энергии и уменьшению вред-

ние способов улучшения работы систем вспомо-

и векторного управления. Постоянное

ных выбросов в окружающую среду.

гательных машин электропоездов переменного

повышение требований к качеству

тока». В настоящее время работает профессором

управления электроприводом приво-

Литература:

в Петербургском государственном университете

дит к усложнению алгоритмов, повы-

1. Анализ энергетических характеристик в си-

путей сообщения (ПГУПС). Имеет более 60 на-

шению частоты выборки и степени

стеме питания вспомогательных машин элек-

учных трудов, 3 авторских свидетельства.

интеграции, поэтому решения на базе

тровозов переменного тока серии «ЕРМАК»/

RISC, DSP, CISC процессоров стано-

Г.Н. Шестоперов, О.Г. Ариски, А.А. Тишкин,

Yevstafyev Andrey - was born in 1979. He

вятся либо неэффективными, либо

И.В. Синявский // Вестник Всероссийского на-

graduated from Saint Petersburg State Railway

слишком дорогими. Перспективным

учно-исследовательского и проектно-конструк-

University. He is a candidate of Engineering, an

решением этой задачи является ис-

торского института электровозостроения.

associate professor. In 2005 he defended a Ph.D.

пользование специализированных ин-

2011. - №1(61). - С. 38 - 49. - ISSN 1816-1928.

thesis, the theme is: «Electronic systems of activa-

тегральных схем смешанного сигнала.

Вспомогательный привод электровозов

tion reduction of electro movable vehicle’s trac-

Такие контроллеры могут выполнять

переменного тока / А. М. Рутштейн // Вестник

tion engine». At present he works as the head of

множество специальных аналоговых

Всероссийского научно-исследовательского и

«Electric traction» chair of PGUPS. He is an au-

и логических функций, требуемых как

проектно-конструкторского института электро-

thor of more than 100 printed works and patents.

для управления электроприводом, так

возостроения. - 2008. - №2(56). - С. 162 -

и для работы выпрямителя и коррек-

171. - ISSN 1816-1928.

Yakushev Alexey - was born in 1940. In 1964

тора коэффициента мощности (ККМ).

3. Энергетические характеристики расщепите-

he graduated from Leningrad Institute of Railway

Реализация высококачественного без-

лей фаз / Ю.А. Федюков // Электровозостро-

Engineers (LIRE) with a degree in «Railway engi-

датчикового векторного управления

ение: сборник научных трудов Всероссийского

neer, electrician». He is a candidate of Technical

непосредственно в ядре микрокон-

научно-исследовательского и проектно-кон-

Sciences, assistant professor. In 1970 he defend-

троллера послужила мощным стиму-

структорского института электровозостро-

ed the master’s thesis on the topic: «Researching

лом для дальнейшего развития этих

ения. - 2001. - №43. - С. 104 - 112. - ISSN

of ways to improve work of auxiliary machines

систем. Участие микроконтроллера

1816-1928.

systems of electrical trains with alternative cur-

в такой системе управления электро-

4. Экономия энергии на подвижном составе с

rent». At the present time he works as a profes-

приводом заключается только в кон-

новым преобразователем собственных нужд /

sor in The Petersburg State Transport University

фигурировании параметров через

Д. Виммер // Железные дороги мира. - 2007. -

(PSTU). He has more than 60 scientific works and

графический интерфейс. Аппаратная

№6. - С. 44 - 48. - ISSN 0321-1495.

3 certificates of authorship.

Диагностика и испытания

№ 5 2014

Особенности диагностирования

автомобильных микропроцессорных систем

управления двигателя

// Peculiarity diagnostic automobile engine electronics systems //

мы впрыскивания и зажигания, поэтому

Набоких В.А., к.т.н., профессор,

их часто называют мотор-тестерами.

Озеров В.Г.,

По мере усложнения автомобильной

Московский государственный машиностроительный

электроники расширяются и функци-

университет (МАМИ), г. Москва

ональные возможности стационарных

В статье рассмотрены методы диа-

There are describing peculiarity diag-

систем, так как теперь необходимо

гностирования микропроцессорных

nostic electronics systems in exploiter.

диагностировать не только управле-

систем управления, применяемые в

Results of analysis methods diagnostics

ние двигателем, но и тормозные си-

процессе эксплуатации автомоби-

allow rational organize technical exploi-

лей. Результаты анализа методов

tation microprocessors systems of au-

стемы, активную подвеску и т. д.

диагностирования позволят более

tomobiles with scanners, motor-testers

Для проведения диагностических

рационально организовать техниче-

and specialized devices.

процедур в эксплуатации с появлени-

скую эксплуатацию микропроцессор-

Keywords: diagnostic, electronics sys-

ем на борту автомобилей электрон-

ных систем управления автомобилей

tems, technical exploitation, micropro-

ных устройств и систем широко при-

с помощью специализированных при-

cessors systems, scanners, motor-testers,

боров, сканеров и мотор-тестеров в

specialized devices.

меняют:

автохозяйствах и станциях техни-

• измерительные приборы

ческого обслуживания и ремонта.

мультиметры;

Ключевые слова: микропроцессорные

• сканеры контроллеров

системы управления, диагностика,

управления двигателями;

сканеры, осциллографы, мотор-те-

стеры, специализированные диагно-

• тестеры исполнительных

стические приборы.

устройств и узлов двигателя;

• мотор-тестеры и осциллографы.

Для удовлетворения потребно-

ключает в определенной последо-

Первая группа диагностических

стей сервиса автомобилей в эксплуа-

вательности световой индикатор на

приборов представляет собой обо-

тации, для технического обслужива-

приборном щитке. Световой сигнал

рудование для углубленной проверки

ния и текущего ремонта разработаны

можно расшифровать по справочным

системы управления двигателем и ее

диагностические средства: бортовые,

таблицам кодов неисправностей. Для

отдельных узлов. К ним можно от-

устанавливаемые на автомобиле, явля-

доступа к бортовому диагностическо-

нести специализированные тестеры и

ющиеся частью контроллера управле-

му программному обеспечению тре-

устройства.

ния, и выносные. Условно их можно

буется специальное дополнительное

Тестеры-имитаторы дат-

подразделить на три категории:

диагностическое устройство в виде

чиков. Предназначены для проверки

• специализированные диагности-

портативного диагностического те-

реакции блока на изменение сигналов

ческие приборы, которые позволяют

стера (сканера). Сканер подключают

отдельных датчиков (например, дат-

диагностировать отдельные параме-

через стандартный диагностический

чиков температуры или положения

тры систем или их компоненты, на-

разъем на автомобиле к конкретному

дроссельной заслонки). В некоторых

пример, газоанализаторы ОГ, тестеры

контроллеру или ко всей электронной

случаях блок управления может не

давления в цилиндре, стробоскопы

системе. Контролируемые параметры

реагировать на изменение сигнала от

и т. д.;

и коды неисправностей считывают-

датчика температуры, и это может

• бортовое диагностическое про-

ся непосредственно с контроллера

быть воспринято как отказ датчика.

граммное обеспечение, которое по-

и интерпретируются специалистами

2. Оборудование для очистки

зволяет индицировать ошибки

(не-

сервиса;

топливных форсунок. В настоящее

исправности)

соответствующими

• стационарные (стендовые) диа-

время предпочтение отдается стен-

кодами. Программное обеспечение

гностические системы. Их можно не

дам и приспособлениям для очистки

контроллера содержит процедуры,

подключать к бортовому контроллеру

и проверки форсунок, которые спо-

которые записывают в энергонезави-

и таким образом, независимо от бор-

собны оптимизировать работу всех

симую или оперативную память коды

товой диагностической системы авто-

компонентов топливных систем. В их

неисправностей. При обнаружении

мобиля, проводить диагностирование.

составе насос, подающая магистраль,

ошибки контроллер включает и вы-

Эти устройства диагностируют систе-

фильтры, топливная рейка, порт Шре-

Диагностика и испытания

№ 5 2014

дера, обратный клапан, обратная маги-

невой

группы,

а)

страль, топливный бак.

позволяющий

3. Вакуумный насос. Этот прибор

более точно по

позволяет проверять работоспособ-

сравнению с ком-

ность исполнительных устройств,

прессометром

приводимых в действие разрежением

определить ме-

во впускном коллекторе двигателя

сто и характер

(например, клапан продувки катализа-

нарушения герме-

тора), а также производить проверку

тичности камеры

датчика разрежения во впускном кол-

сгорания, вакуум-

лекторе ДВС.

метр, позволяю-

4. Тестер свечей зажигания. По-

щий оценить пра-

зволяет визуально проверить работу

вильность работы

свечей зажигания без установки их на

впускной системы

двигатель. В некоторых тестерах име-

двигателя, и те-

ется возможность проверки свечей под

стер противодав-

давлением, то есть в условиях, прибли-

ления катализато-

женных к реальной эксплуатации.

ра, позволяющий

5. Высоковольтный диагностический

оценить пропуск-

разрядник. Это устройство позволяет

ную способность

б)

проверить работу системы зажигания

катализатора.

автомобиля на нагрузку, приближен-

При ремонте кон-

ную к реальной. Для систем зажигания

тактных систем

с высоковольтным распределителем

зажигания специ-

используется разрядник с воздушным

ализированный

зазором 10 мм, для современных си-

автомобильный

стем зажигания без распределителя -

тестер часто был

20 - 21 мм.

достаточен для

6. Газоанализаторы. Если для

поиска отказов

Рис. 1. Многофункциональный сканер КТS 340 фирмы БОШ:

ДВС с электронными аналоговыми си-

в этой системе.

а - сканер; б - пример регистрации на экране сканера

стемами управления первого поколе-

При преоблада-

кодов неисправности.

ния (бесконтактное зажигание, эконо-

нии электронных

майзер холостого хода) часто было

систем зажигания

его возможности

туры. Позволяют оценить необходи-

достаточно иметь двухкомпонентный

для их диагностики явно недостаточ-

мость регулировочных и ремонтных

газоанализатор, то при диагностике

ны, на первый план выходят автомо-

опций автомобильных дизелей.

автомобилей, оснащенных микропро-

бильные осциллографы и мотор-те-

Вторая группа диагностических

цессорными системами управления,

стеры, обладающие большими диа-

приборов

(сканеров) развивается

нейтрализаторами ОГ, лямбда-зонда-

гностическими возможностями.

очень динамично, и каждый год появ-

ми, системами нейтрализации и рецир-

8. Стробоскопы. Хотя установка

ляются новые возможности сканеров,

куляцией ОГ, такой газоанализатор не

зажигания в большинстве двигателей

которые подразделяют на универ-

даст эффекта диагностирования.

с системами впрыскивания топлива

сальные, дилерские и фирменные.

7. Тестеры давления. В этой груп-

сложна, проверочные значения для

Диагностические сканеры (рис. 1)

пе приборов, один представитель

систем зажигания существуют, и сво-

представляют собой набор устройств,

которой

- компрессометр

- давно

евременное определение несоответ-

предназначенных для установления

применяется всеми автосервисами,

ствия расчетного и реального углов

связи с контроллерами управления и

есть существенное прибавление. В

опережения зажигания часто помогает

выполнения таких процедур, как:

первую очередь это тестер давле-

определить характер неисправности.

• чтение и стирание ошибок (неис-

ния топлива, которого не было в ав-

Но для проверки угла опережения за-

правностей);

тосервисах, рассчитанных на ремонт

жигания в двигателях с впрыскивани-

• чтение текущих значений выход-

карбюраторных автомобилей. Глав-

ем топлива необходимо использовать

ных параметров датчиков;

ные характеристики этого прибора -

стробоскопы, оборудованные регули-

• чтение параметров системы

это диапазон измеряемого давления

ровкой задержки вспышки, так как эти

управления;

(обычно он колеблется от 0 до 6 - 8

двигатели иногда не имеют отдельной

• проверка работоспособности ис-

бар) и перечень переходных штуце-

метки для установки угла опережения

полнительных устройств;

ров для подключения к топливным

зажигания.

• адаптация системы управления

системам различных автомобилей.

9. Дымомеры. Предназначены для

при замене отдельных агрегатов авто-

Также большую популярность при-

определения прозрачности ОГ дизе-

мобиля или при капитальном ремонте

обрел тестер утечек клапанно-порш-

лей, для контроля топливной аппара-

двигателя.

Диагностика и испытания

№ 5 2014

В принципе, сканеры можно срав-

При выборе моделей сканеров

бор специализированных датчиков

нивать друг с другом по таблице при-

принимают во внимание специализа-

(датчики высокого напряжения, раз-

меняемости, по типам автомобилей и

цию сервиса и перечень наиболее ча-

режения, силы тока) и специальную

перечню микропроцессорных автомо-

сто обслуживаемых моделей автомо-

систему синхронизации с коленчатым

бильных систем управления, по набо-

билей. Например, если в год на сервис

валом двигателя при помощи датчи-

ру функций, реализованных в сканере,

приезжает только один автомобиль

ка-синхронизатора первого цилиндра.

по каждому автомобилю или системе

фирмы Fiat, то приобретать сканер

который позволяет производить диа-

и по способу модернизации программ-

специально для его обслуживания

гностику системы управления двигате-

ного обеспечения управления и диа-

вряд ли целесообразно. Кроме того,

лем по любым параметрам. При этом

гностирования.

можно иметь один или два сканера со

они сохраняют возможности универ-

Современные сканеры диагности-

средним набором функций, но с ши-

сального осциллографа и, следова-

рования микропроцессорных систем

роким охватом моделей автомобилей.

тельно, могут использоваться для про-

управления поддерживают между-

При этом в большинстве случаев ре-

верки работы практически всех элек-

народные стандарты, например ISO

шаются поставленные задачи сервиса,

трических цепей автомобиля.

9141-2, K\L-линии, «мигающие коды»,

а функциональные недостатки скане-

Кроме того, они могут заменять

протоколы диагностики SAE-J1850

ров компенсируют при помощи уни-

ряд отдельных устройств, применяе-

(GM), SAE-J1850

(Ford), CAN-

версального оборудования из первой

мых для диагностики, например, при

ISO11880, ISO 15765-4 (OBD), высо-

и третьей групп.

наличии в составе автомобильного

коскоростную, среднескоростную и

К третьей группе относят устрой-

осциллографа датчика разрежения

однопроводную CAN-шину.

ства, которые могут быть использова-

уже не потребуется приобретать ва-

По оценкам ряда автосервисов,

ны для диагностики любых двигате-

куумметр.

активно занимающихся диагностикой,

лей, так как физика работы двигателя

2. Мотор-тестеры. Измеритель-

иметь набор сканеров для всех авто-

не сильно зависит от способа управ-

ная часть мотор-тестера в основном

мобилей с расширенными возможно-

ления. Все эти устройства используют

совпадает с измерительной частью

стями (вплоть до адаптации) экономи-

для обнаружения неисправностей, а

автомобильного осциллографа. От-

чески нецелесообразно. При отсут-

также для проверки показаний скане-

личия мотор-тестеров заключаются

ствии должным образом подготовлен-

ров, так как ни одна электронная си-

в том, что он может не только ото-

ного персонала еще и опасно, так как

стема не может проверить саму себя

бражать осциллограммы любых из-

неправильные действия диагноста при

с абсолютной достоверностью. На-

меряемых цепей, но и производить

вмешательстве в работу контроллера

пример, подсос воздуха во впускном

комплексные оценки работы двига-

управления могут привести к ухудше-

коллекторе ДВС может вызвать по-

теля сразу по нескольким параметрам

нию работы системы управления дви-

явление на дисплее щитка приборов

(динамическая компрессия, разгон,

гателем или агрегатами автомобиля и,

кода ошибки об отказе расходоме-

сравнительная эффективность рабо-

как следствие, вызвать ненужные про-

ра воздуха или какого-либо датчика

ты цилиндров и т. д.), что позволяет

блемы в эксплуатации и отношениях с

и т. д. При отсутствии перечисленных

существенно снизить время на поиск

клиентом.

далее приборов зачастую выносится

неисправности. При закупке обору-

решение о заме-

дования также необходимо учесть,

не того или ино-

что неотъемлемой частью мотор-те-

го датчика без

стеров часто являются такие устрой-

должной про-

ства, как газоанализатор, стробоскоп,

верки, и можно

поэтому, хотя цена мотор-тестера

впоследствии

достаточно высока, при его покупке

попасть в непри-

потери в общей сумме затрат будут

ятную ситуацию,

относительно невелики по сравнению

в которой, как

с приобретением отдельно автомо-

известно, воз-

бильного осциллографа, газоанали-

растают затраты

затора и стробоскопа.

на сервис и те-

Все перечисленные диагностиче-

ряются клиенты.

ские устройства могут использовать-

Наиболее

ся при техническом обслуживании и

известные пред-

текущем ремонте на СТО различных

ставители этой

типов автомобилей и приносить свои

группы:

результаты, но в любом случае са-

1. Осцилло-

мым главным инструментом является

граф (рис.

2).

диагност. Именно от него зависит, как

Автомобильные

сделать правильные выводы из пока-

осциллогра-

заний огромного количества различ-

Рис. 2. Двухканальный осциллограф КТS 670 фирмы БОШ.

фы имеют на-

ных диагностических приборов.

Диагностика и испытания

№ 5 2014

Диагност должен иметь достаточ-

Диагностика и гаражное оборудование Bosch.

время является аспирантом МГТУ

«МАМИ».

но знаний о самом двигателе, о работе

www.diagnostic.ru

системы управления и об их взаимос-

Nabokih Vladimir - was born in 1947. In

вязи. По-настоящему хороших специ-

Набоких Владимир Андреевич - родил-

1961 he graduated from MVTU named after

алистов пока еще недостаточно, но их

ся в 1947 году. В 1961 году окончил МВТУ

N.E. Bauman. He is a Candidate of Engineer-

число постоянно увеличивается.

им. Н.Э. Баумана. Кандидат технических наук,

ing, defended a thesis, the theme is: «Ignition

Следует отметить, что в России

защитил диссертацию на тему:

«Зажигание

in internal-combustion engines». He has

организованы и работают специализи-

в двигателях внутреннего сгорания». Имеет

year work experience. At present is working

рованные курсы и учебные центры по

52-летний опыт работы. В настоящее время

as a professor in ATE department of MGTU

подготовке и повышению квалифика-

работает профессором на кафедре АТЭ МГТУ

«MAMI». He is the author of 56 printed works,

ции диагностов.

«МАМИ». Имеет 56 печатных трудов, 18 автор-

18 author’s certificates,

17 teaching-method-

ских свидетельств, 17 учебно-методических ма-

ological materials, including

9 textbooks. He

Литература:

териалов, в том числе 9 учебников. Награжден

is awarded with 3 medals, 2 trade awards, the

1. Набоких В.А. Диагностическое и гаражное

3 медалями, 2 отраслевыми наградами, медалью

medal and the diploma of VDNH.

оборудование: Учебное пособие, М.: ИИТ, 2011.

и дипломом ВДНХ.

2. Ютт В.Е., Рувзаев Г.Е. Электронные системы

Ozerov Vadim - was born in 1980. He gradu-

управления ДВС и методы их диагностирова-

Озеров Вадим Георгиевич - родился в 1980

ated from MGTU «MAMI». At present he attends

ния, М.: Горячая линия - Телеком, 2007.

году. Окончил МГТУ «МАМИ». В настоящее a postgraduate course in MGTU «MAMI».

Информация

№ 5 2014

Уважаемые читатели!

С этого номера редакция начинает публиковать в журнале информацию о новых патентах на изобретения и

полезные модели, относящихся к электронике и электрооборудованию транспорта, новые нормативные акты,

касающиеся охраны и защиты патентных прав, а также основные положения действующего законодательства

в области изобретательства, рекомендации по оформлению заявок на выдачу патентов, ответы на вопросы

читателей и другую информацию. Вопросы, касающиеся охраны и защиты патентных прав, просим направлять

в адрес редакции по E-mail: npptez@mail.ru.

О новых правилах выплаты вознаграждения

за служебные изобретения,

полезные модели, промышленные образцы

Впервые в постсоветское время

служебного промышленного образца;

кие изобретение, полезную модель,

Правительство РФ установило пра-

• за использование работодате-

промышленный образец;

вила выплаты вознаграждения за слу-

лем служебного изобретения, слу-

• либо на день принятия им ре-

жебные изобретения, полезные моде-

жебной полезной модели, служеб-

шения о сохранении информации о

ли, промышленные образцы. Новые

ного промышленного образца;

них в тайне;

правила утверждены постановлением

• за предоставление работодате-

• либо на день передачи работо-

Правительства РФ от 4 июня 2014 г. N

лем иному лицу права использования

дателем права на получение патента

512 и вступили в силу с 1 октября 2014

служебного изобретения, служеб-

другому лицу.

г. До этого времени льготы и матери-

ной полезной модели, служебного

Выплата за создание служебного

альное стимулирование лиц, имеющих

промышленного образца по лицен-

изобретения, служебной полезной

отношение к созданию изобретений

зионному договору;

модели, служебного промышленно-

и промышленных образцов, опреде-

• за передачу работодателем

го образца осуществляется работо-

лялись положениями пунктов 1, 3 и 5

иному лицу права на получение па-

дателем единовременно не позднее

статьи 32, статей 33 и 34 Закона СССР

тента или исключительного права на

2 месяцев:

от 31 мая 1991 г. № 2213-I «Об изо-

служебное изобретение, служеб-

• со дня получения работодате-

бретениях в СССР», пункта 3 статьи

ную полезную модель, служебный

лем патента на служебное изобрете-

21, пунктов 1 и 3 статьи 22 и статьи 23

промышленный образец по догово-

ние, служебную полезную модель,

Закона СССР от 10 июля 1991 г. №

ру о передаче права на получение

служебный промышленный образец;

2228-I «О промышленных образцах».

патента или договору об отчужде-

• либо со дня принятия им реше-

По общему правилу, установлен-

нии исключительного права.

ния о сохранении информации о них

ному пунктом 4 статьи 1370 Граж-

За создание служебного изо-

в тайне;

данского кодекса РФ, размер воз-

бретения вознаграждение должно

• либо со дня передачи работо-

награждения, условия и порядок его

составлять

30 процентов средней

дателем права на получение патента

выплаты определяются договором

заработной платы работника, явля-

другому лицу;

между работодателем и работни-

ющегося автором служебного изо-

• либо не позднее 18 месяцев с

ком - автором служебного изобре-

бретения.

даты подачи заявки на получение па-

тения, служебной полезной модели,

За создание служебной полез-

тента на такие изобретение, полез-

служебного промышленного образ-

ной модели, служебного промыш-

ную модель, промышленный обра-

ца, а в случае спора - судом.

ленного образца

20 процентов

зец в случае, если работодатель не

Новые правила распространя-

средней заработной платы работ-

получил патент по поданной им за-

ются только на случаи, когда такой

ника, являющегося автором служеб-

явке по зависящим от него причинам.

договор между работодателем и ра-

ной полезной модели, служебного

За использование работодателем

ботником заключен не был.

промышленного образца.

служебного изобретения, служеб-

Правила предусматривают вы-

Средняя заработная плата исчис-

ной полезной модели, служебного

плату вознаграждения работнику,

ляется за последние 12 календар-

промышленного образца работнику,

являющемуся автором:

ных месяцев:

являющемуся их автором, выплачи-

• за создание служебного изобре-

• на дату подачи работодателем

вается вознаграждение в размере

тения, служебной полезной модели,

заявки на получение патента на та-

его средней заработной платы за по-

Информация

№ 5 2014

следние 12 календарных месяцев, в

числений от дохода (выручки) либо

• передачи работодателем ино-

которых изобретение, полезная мо-

в иной форме.

му лицу права на получение патента

дель, промышленный образец были

В случае передачи работодате-

или исключительного права на слу-

использованы. Вознаграждение вы-

лем иному лицу права на получение

жебное изобретение, служебную

плачивается в течение месяца после

патента или исключительного права

полезную модель, служебный про-

истечения каждых 12 календарных

на служебное изобретение, служеб-

мышленный образец.

месяцев, в которых использовались

ную полезную модель, служебный

Исключение составляют случаи,

изобретение, полезная модель, про-

промышленный образец работнику,

в которых соглашением между ра-

мышленный образец.

являющемуся автором изобретения,

ботниками предусмотрено иное рас-

В случае предоставления рабо-

полезной модели, промышленного

пределение вознаграждения.

тодателем иному лицу права исполь-

образца, выплачивается вознаграж-

Правила предусматривают так-

зования служебного изобретения,

дение в размере 15 процентов пред-

же сохранение обязанности рабо-

служебной полезной модели, слу-

усмотренного договором возна-

тодателя осуществлять выплату

жебного промышленного образца

граждения в течение месяца со дня

вознаграждения в случае прекра-

по лицензионному договору ра-

получения работодателем указанно-

щения трудовых отношений между

ботнику, являющемуся их автором,

го вознаграждения.

работником, являющимся автором

выплачивается вознаграждение в

Вознаграждение за служебное

служебного изобретения, служеб-

размере 10 процентов суммы обу-

изобретение, служебную полез-

ной полезной модели, служебного

словленного лицензионным догово-

ную модель, служебный промыш-

промышленного образца, и работо-

ром вознаграждения. Выплата возна-

ленный образец, созданные со-

дателем.

граждения работнику, являющемуся

вместным творческим трудом не-

В отличие от применявшихся

автором изобретения, полезной

скольких работников, являющихся

до 1 октября 2014 г. положений

модели, промышленного образца,

соавторами изобретения, полезной

статьи 34 Закона СССР «Об изо-

осуществляется работодателем в

модели, промышленного образца,

бретениях в СССР» и пункта

течение месяца со дня получения

будет распределяться поровну в

статьи 21 Закона СССР «О про-

им вознаграждения, обусловленно-

случаях:

мышленных образцах» выплата

го лицензионным договором, или

• предоставления работодате-

вознаграждения лицам, содейство-

части такого вознаграждения в слу-

лем иному лицу права использования

вавшим созданию и использованию

чае, если лицензионным договором

служебного изобретения, служеб-

изобретений и промышленных об-

предусмотрена выплата в форме

ной полезной модели, служебного

разцов, новыми правилами не пред-

фиксированных разовых или перио-

промышленного образца по лицен-

усмотрена.

дических платежей, процентных от-

зионному договору;

Краснов Л.А.

Редакция журнала

«Электроника и электрооборудование

транспорта»

Информация

№ 5 2014

Сведения об авторах

к.т.н.

д.т.н., профессор

Слукин Анатолий Михайлович

Феоктистов Валерий Павлович

8-8482-53-92-03

8-495-684-24-98

д.т.н.

к.т.н.

Сидорова Наталья Николаевна

Мельниченко Олег Валерьевич

8-495-684-24-98

8-902-170-24-37

к.т.н.

д.т.н., профессор

Мишин Вадим Николаевич

Набоких Владимир Андреевич

8-3822-56-00-59

8-499-177-58-62

Харитонов Игорь Владимирович

Петилава Руслан Александрович

8-343- 370-32-27

8-985-772-08-16

д.т.н., профессор

к.т.н.

Герман Леонид Абрамович

Евстафьев Андрей Михайлович

8-908-769-94-26

8-812-457-85-36

Елгина Галина Александровна

8-3822-701-777

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) - 4 800 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 по-

чтового 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 из-

даний органов научно-технической информации 2014 г.,

Редакция оставляет за собой право корректорской

индекс 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

4-я страница обложки - 30 000 рублей

рассылке, через ОАО «Агентство Роспечать», на специ-

одна страница внутри журнала - 12 000 рублей

ализированных выставках и симпозиумах.