№ 4 2015

Содержание

Периодический рецензируемый

научно-технический журнал

«Электроника и электрообору-

Электроснабжение и электрооборудование

дование транспорта» является

коллективным членом Академии

Герман Л.А., Новиков Е.В., Кишкурно К.В., Петров Д.В.

электротехнических наук РФ.

Сравнительная оценка способов симметрирования тока и напряжения

на тяговых подстанциях переменного тока

Учредитель и издатель - Научно-

производственное предприятие

Быкадоров А.Л., Заруцкая Т.А., Гаврилов И.В.,

Муратова-Милехина А.С.

«Томилинский электронный

Детализация структуры тяговых сетей переменного тока в задачах

завод».

моделирования и расчёта параметров петли короткого замыкания

Журнал включен в перечень

Гарбузов И.И.

изданий, рекомендованных

Энергетическая оценка эффективности рекуперации

на электровозах переменного тока

ВАК для апробации кандидат-

ских и докторских диссертаций.

Кишкурно К.В.

О формировании программы совместного расчёта систем

Свидетельство

тягового и внешнего электроснабжений

о регистрации СМИ

Феоктистов В.П., Литовченко В.В., Чуверин Ю.Ю.,

ПИ №ФС 77-29963

Назаров Д.В., Малютин А.Ю.

от 17 октября 2007 г.

Стендовые испытания тяговых электрических машин методом

самоторможения

Главный редактор:

Овсянников Е.М., Клюкин П.Н., Акимов А.В.

А.Г. Бабак, к.т.н.

Производство водорода с помощью систем рекуперации энергии

на борту транспортного средства

Редакционный совет:

М.П. Бадёр, д.т.н., профессор,

Л.А. Герман, д.т.н., профессор,

Мехатронные системы, исполнительные устройства

В.Н. Дианов, д.т.н., профессор,

Ю.М. Иньков, д.т.н., профессор,

Волокитина Е.В.

, Смирнов Д.С., Хорошавин В.С., Охапкин С.И.

К.Л. Ковалёв, д.т.н., профессор,

Качественный анализ эффективности применения различных

А.С. Космодамианский, д.т.н.,

топологий преобразователей в бортовых электроприводах

профессор,

О Волокитиной Е.В

А.С. Мазнёв, д.т.н., профессор,

Г.Г. Рябцев, д.т.н., профессор,

Доманов В.И., Доманов А.В., Гаврилова С.В.

В.И. Сарбаев, д.т.н., профессор,

Параметрические системы управления многодвигательного

В.Е. Ютт, д.т.н., профессор.

электропривода грузоподъемных механизмов

Выпускающий редактор:

Проблемы качества и надежности,

Н.А. Климчук.

сертификация, стандартизация

Редакция:

Козловский В.Н., Пьянов М.А., Полякова Е.В.,

140070, Московская область,

Ютт В.Е., Заятров А.В.

Люберецкий район, п. Томилино,

Современный методико-алгоритмический аппарат измерения

ул. Гаршина, д. 11

качества комплекса электрооборудования автомобилей

Тел./факс: (495) 500-40-20,

(495) 557-23-95

E-mail: npptez@mail.ru

Информация

Сайт: www.npptez.ru

Краснов Л.А.

Подписано в печать:

О выплате вознаграждения авторам изобретений, полезных моделей

30.07.2015 г.

и других результатов интеллектуальной деятельности, созданных при

выполнении финансируемых Российским научным фондом научных,

научно-технических программ и проектов

Отпечатано:

ГУП МО «Коломенская типография».

Краснов Л.А.

140400, г. Коломна,

О предоставлении субсидий Фонду содействия развитию малых форм

ул. III Интернационала, д. 2а

предприятий в научно-технической сфере

E-mail: bab40@yandex.ru

Краснов Л.А.

О продлении срока подачи заявления о признании действия

Формат 60х90/8,

исключительных прав, удостоверенных официальными документами

бумага мелованная, объем 7 п.л.,

Украины

тираж 1000 экз., заказ 1093.

Научно-техническая конференция с международным участием

«Актуальные вопросы и перспективы развития электромашиностроения».

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2015

Сравнительная оценка способов

симметрирования тока и напряжения

на тяговых подстанциях переменного тока

// Comparative evaluation of methods of balancing current and voltage

on the AC traction substations //

Герман Л. А., д. т.н., профессор,

ров, использующих принцип сим-

Нижегородский филиал Московского государственного

метрирования по схеме трансфор-

университета путей сообщения (МИИТ), г. Нижний Новгород

матора Скотта. Разборов способов

Новиков Е. В., к. т.н., Кишкурно К. В.,

и устройств снижения несимметрии

МГУПС (МИИТ), г. Москва

на тяговых подстанциях в техниче-

ской литературе имеется немало

Петров Д. В.,

[1-7], однако нет сравнительной

ООО «Риттал», г. Канаш

оценки эффективности их примене-

В статье дана сравнительная оценка ис-

In this article is review comparative evalu-

ния на действующих участках тягово-

пользования трех способов симметри-

ation of the use of the three methods of

го электроснабжения.

рования тока и напряжения c помощью

balancing of voltage and current using

Цель статьи заключается в срав-

симметрирующего трансформатора

unbalanced-to-balanced transformer, the

нении и объективной оценке эффек-

и установок продольной и поперечной

direct compensation plant and quadrature

тивности применения выбранных

емкостных компенсаций. Для сравнения

compensation plant. For comparison,

способов симметрирования. В рас-

построены графики несимметрии тока

graphs of the unbalance current and

четах рассматриваем тяговый транс-

и напряжения. Обозначены преимуще-

voltage were built. Advantages and dis-

форматор типа ТДТНЖ-40000/110.

ства и недостатки каждого из способов

advantages of each method of balancing

Расчеты выполнены для одного

симметрирования. Показана высокая

are listed. The high efficiency of reduction

трансформатора, и оценка эффектив-

эффективность снижения несимметрии

of voltage unbalance at the buses 27.5 kV

ности вариантов производилась пу-

напряжения на шинах 27,5 кВ установкой

is proved by direct compensation plant is

тем определения степени снижения

продольной емкостной компенсации,

included in the return feeder of the traction

исходной несимметрии напряжения

включенной в отсасывающую линию

substation.

по обратной последовательности.

тяговой подстанции.

Keywords: balancing of voltage and current,

Рассмотрение вариантов начнем

Ключевые слова: симметрирование тока

direct compensation plant, quadrature com-

с симметрирования токов и напряже-

и напряжения, установка продольной ем-

pensation plant, two-phase unbalanced-to-

ний с помощью КУ (рис. 1).

костной компенсации, установка попе-

balanced transformer, comparative evalua-

речной емкостной компенсации, двухфаз-

tion, efficiency.

Несимметрия тока тягового

ный симметрирующий трансформатор,

трансформатора со схемой

сравнительная оценка, эффективность.

«Звезда - треугольник»

Несимметрия напряжения в си-

Модуль тока обратной последо-

стемах 25 и 2 х 25 кВ негативно влияет

вательности тяговой подстанции

на электроснабжение потребителей

равен [5]

тяговых подстанций: от линии ДПР,

(1)

от третьей обмотки трансформатора

и от трансформатора собственных

где I_oп, I_oт

- токи опережающей и

нужд. Несимметрия напряжения за-

отстающей фаз соответственно;

трудняет эффективную работу ав-

θ - сдвиг фазы между отстающей

томатики регулирования напряже-

и опережающей фазами;

ния трансформаторов УРПН. Для

φ_oп и φoт - угол сдвига фаз обеих

снижения несимметрии на тяговых

однофазных нагрузок.

подстанциях известно применение

Модуль тока прямой последова-

однофазных установок поперечной

тельности

емкостной компенсации, включен-

ных на отстающую фазу, однофазных

(2)

установок продольной емкостной

компенсации, включенных в отсасы-

Коэффициент несимметрии по

вающую линию тяговых подстанций,

Рис. 1. Симметрирование с помощью КУ,

току для трансформатора по схеме

и симметрирующих трансформато-

включенной в отстающую фазу.

«Звезда - треугольник» равен [5]

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2015

несимметрии по следующей формуле с модулем для получения положитель-

(3)

ных значений

α_i = |(1 - n)/(1 + n)|

(8)

где n = Iоп /Iот.

Если принять φ_oп = φ_oт, то

По рис. 2 (кривая α_iДСТ) видно, что симметрирующий трансформатор сни-

(4)

жает несимметрию тока до нуля вблизи n = 1, а при значениях 0,3 < n < 3 - до

1,5-5 раз.

Для тягового трансформатора

со схемой «Звезда - треугольник»

Несимметрия напряжения при включении установки поперечной

θ = 60°, поэтому

емкостной компенсации в отстающую фазу тяговой подстанции (КУ)

(5)

Коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности

Кривые коэффициента несим-

определяется

метрии по току построены на рис. 2

K_2U = |U₂|/|U₁| ≅ |U₂|/|U_н|

(9)

(α_iбез КУ и α_iДСТ).

где Uн - номинальное напряжение тяговой обмотки трансформатора;

Несимметрия тока при включе-

U₁; U₂-напряжения прямой и обратной последовательностей.

нии установки поперечной

На основании [1] запишем

емкостной компенсации (КУ)

в отстающую фазу тяговой

(10)

подстанции и симметрирующего

трансформатора

Подставляя

При включении КУ в отстающую

фазу коэффициент несимметрии по

где uk% - напряжение тока короткого замыкания;

току рассчитывается по формуле [2]

х - реактивная составляющая сопротивления фазы трансформатора;

- номинальная мощность трансформатора,

(6)

получаем формулу

где n = Iоп /I_от; m = Iкот /I_от;

(11)

Iн - номинальный ток фазовой об-

мотки трансформатора;

Iкот - ток КУ.

В расчетах принимаем φ_oп= φ_oт=37°.

По формулам (5) и (6) рассчитаны

коэффициенты несимметрии по току

для m = 0/0,6/1,0/1,2 (рис. 2, кривые α_i

(без КУ/0, 6КУ/1, 0КУ/1, 2КУ)).

Существенное снижение несим-

метрии при включении КУ наблю-

дается вблизи n = 1. При соотноше-

нии нагрузки 0,3 < n < 1,5 несим-

метрия снижается в 2-4 раза, а при

1,5 < n < 2 - снижение в 2-1,5 раза,

при n > 2 снижение незначительное.

Рис. 2. График коэффициента несимметрии тока в зависимости

Следует иметь в виду, что при из-

от соотношения плеч питания тяговой сети.

менении n в общем случае изменяет-

ся I_от и, следовательно, I_кот. Это значит,

что при построении графиков (рис. 2)

предполагается, что КУ регулируемая.

Для сравнения покажем кривую

коэффициента несимметрии напря-

жения по обратной последователь-

ности при симметрирующем транс-

форматоре.

Для схемы Скотта θ = 90° и коэф-

фициент несимметрии по току равен

α_i = (1 - n)/(1 + n)

(7)

Обычно в технической литерату-

Рис. 3. График коэффициента несимметрии напряжения в зависимости от соотношения

ре принято определять коэффициент

плеч питания тяговой сети (при m = 0,6 / 1,0 / 1,2).

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2015

Рис. 4. Включение симметрирующего трансформатора ДСТ.

Рис. 5. Векторная диаграмма подстанции с двухфазным

симметрирующим трансформатором.

На основании

(11) построены

тором (K_2UДСТ) и трансформатором

шей мощности ДМФЖСМ-6300/35,

графики на рис. 3 (кривые K_2U без КУ/

Скотта (K_2U (по Скотту)). Принимаем

которые обеспечивают параллель-

K_2U0,6КУ/K_2U1, 0КУ/K_2U1, 2КУ).

условие, что трансформатор Скот-

ную работу тяговых подстанций [4].

По оценке степени снижения не-

та включен взамен существующего

Приставки включаются на каждое

симметрии при включении КУ стало

трансформатора, тогда исходное со-

плечо питания, естественно, увели-

ясно, что наилучший эффект в сниже-

противление подстанции с трансфор-

чивают сопротивление подстанции.

нии несимметрии получен при m = 1,

матором Скотта не изменяется.

Параметры ДСТ: мощность

а существенное снижение несимме-

20 МВА, вторичная обмотка - 27,5 кВ,

трии наблюдается вблизи n = 1. При

Несимметрия напряжения при

u_к = 6,5%.

соотношении нагрузки 0,3 < n < 1,5 не-

включении симметрирующего

Как показано на рис. 5, от ДСТ на

симметрия снижается в 2-4 раза, а при

трансформатора

контактную сеть подано напряже-

1,5 < n < 3,0 - снижение в 2-1,5 раза.

Для отечественных железных до-

ние «а_д-с_д», вектор которого повер-

Для сравнения покажем кривые

рог разработаны двухфазные при-

нут на 90° по отношению к вектору

коэффициента несимметрии напря-

ставки с симметрирующим транс-

«вс» другого плеча питания контакт-

жения по обратной последовательно-

форматором (ДСТ), выполненные по

ной сети. Другими словами, получен

сти с симметрирующим трансформа-

принципу схемы Скотта [3], которые

эффект симметрирования по прин-

снижают несимметрию

ципу схемы Скотта.

по току (рис. 4).

Проведем расчеты несимметрии

Первичная обмотка

по напряжению. Напряжение обрат-

ДСТ включается к вторич-

ной последовательности при вклю-

ной обмотке существу-

чении симметрирующего трансфор-

ющего трансформатора

матора равно [2]

со схемой «Звезда - тре-

угольник» и формирует

(12)

вектор напряжения, кото-

рый подают в контактную

Если φ_oп = φ_oт, а для симметрирующе-

сеть, отличающийся на

го трансформатора θ = 90°, то коэф-

90° от вектора напряже-

фициент несимметрии равен

ния другого плеча пита-

ния. Тем самым реализу-

(13)

ется принцип симметри-

рования тока и напряже-

где b = I_от/I_н, принимаем наибольшее

ния, сформированный по

значение Iот = 1,25I_н.

схеме Скотта.

По аналогии с (8) расчеты по (13)

Однако в связи с пло-

выполним с учетом введения модуля

хим использованием

полученных значений. Результаты

мощности ДСТ дополни-

расчета представлены на рис. 3 и 7.

тельно разработаны од-

Как было сказано, при использо-

Рис. 6. Симметрирование с помощью УПК, включенной

нофазные симметриру-

вании приставок с симметрирующи-

в отсасывающую линию.

ющие приставки мень-

ми трансформаторами сопротивле-

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2015

ние трансформатора увеличивается.

УПК в фазах. Для варианта УПК

Все обозначения в (17) те же, что

В [4] при испытании симметрирую-

в отсасывающей линии коэффициен-

и при рассмотрении (11) и (14).

щей приставки показано увеличение

ты в формуле (14) равны

Итак, коэффициент несимметрии

сопротивления подстанции. На осно-

напряжения по обратной последова-

вании этой работы в первом прибли-

тельности определяется по формуле

жении принимаем увеличение индук-

(17), результаты расчета представле-

тивного сопротивления подстанции

ны на рис. 7. Как видно, наибольшее

при включении симметрирующего

где kp = X_cp/Xп - соотношение сопро-

снижение несимметрии получается

трансформатора в 1,5 раза, на осно-

тивлений УПК к сопротивлению фазы

при k_p = 1 (кривая К2 1,0 УПК): при

вании этого построены пунктирные

подстанции, которое рассчитывается

n = 1 К_2U= 0, а при 0,3 < n < 3 коэф-

кривые коэффициента несимметрии

по схеме трансформатора «Звезда -

фициент несимметрии снижается в 2

напряжения по обратной последо-

звезда».

раза и более.

вательности на рис. 3 и 7 (кривая К_2u

Принимаем для расчетов φ_oт = φ_oп,

Для сравнения на рис. 7 показана

ДСТ). Для сравнения представлена

тогда Δφ = 0 и

кривая напряжения обратной после-

кривая К_2u(по Скотту), когда суще-

довательности на шинах 27,5 кВ при

ствующий трансформатор заменен

включении симметрирующего транс-

симметрирующим трансформатором,

(15)

форматора. Видно, что по эффектив-

то есть сопротивление существую-

ности снижения напряжения обрат-

щей подстанции не изменилось.

Взяв производную U2 в (15) по пе-

ной последовательности вариант

ременной k_р и приравняв ее к нулю,

включения УПК в отсасывающий про-

Несимметрия напряжения

определим степень компенсации

вод имеет явное преимущество пе-

при включении установки

УПК для получения минимальной

ред симметрирующим трансформа-

продольной емкостной

несимметрии. В результате степень

тором и его приставками: при n вбли-

компенсации (УПК)

компенсации равна

зи 1 несимметрия нулевая (так же, как

УПК не меняет перераспределе-

и при симметрирующих трансформа-

(16)

ние токов в трансформаторе, следо-

торах), однако при n больше 1,2 или

вательно, не влияет на коэффициент

При 0 < n < 3 наименьшее значе-

меньше 0,8 несимметрия в 2-3 раза

несимметрии по току. Однако влия-

ние несимметрии по (16) будет при

и более меньше, чем при симметри-

ние УПК, включенной в отсасываю-

1 ≤ kp ≤ 1,15. Рекомендуется принять

рующих трансформаторах.

щую линию тяговой подстанции, на

Указанное очень важно для дей-

p = 1.

несимметрию напряжения по обрат-

По аналогии получения выраже-

ствующих тяговых подстанций, так

ной последовательности существен-

ния (11) из (10) запишем выражение

как одновременно с включением КУ

ное [1]. Определим коэффициент не-

коэффициента несимметрии напряже-

и УПК улучшается режим компенса-

симметрии напряжения по обратной

ния по обратной последовательности

ции реактивной мощности и напря-

последовательности на шинах 27,5 кВ

для варианта включения УПК в отсасы-

жения в тяговой сети и одновремен-

тяговой подстанции при включении

вающую линию тяговой подстанции

но уменьшается несимметрия напря-

УПК в отсасывающую линию тяговой

жения на шинах 27,5 кВ. Последнее

подстанции (рис. 6). Модуль напря-

важно для повышения эффектив-

жения обратной последовательности

(17)

ности работы устройства регулиро-

при включении УПК равен [1]

вания напряжения трансформатора

под нагрузкой, а также для улучше-

ния режима напряжения собствен-

(14)

ных нужд подстанции, ЛЭП автобло-

где A, B, C, D - коэффициенты, зависящие от степени компенсации.

кировки и ДПР.

Выводы

1. Установки поперечной и про-

дольной емкостных компенсаций

в тяговой сети повышают уровень

напряжения и компенсируют реак-

тивную мощность - это их основные

задачи. Однако они одновременно

способствуют снижению несимме-

трии режима шин 27,5 кВ тягового

трансформатора.

2. При отношении токов плеч пи-

тания от 0,3 до 3 снижение несимме-

трии напряжения по обратной по-

следовательности на шинах 27,5 кВ

Рис. 7. График зависимости коэффициента несимметрии напряжения от соотношения

происходит установками продоль-

плеч питания тяговой сети.

ной емкостной компенсации в 2-3

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2015

раза и более, а установкой попереч-

Герман Л. А., Кишкурно К. В., Гончарен-

верситета путей сообщения. Имеет 4 статьи,

ной емкостной компенсации - в 1,5-2

ко В. П., Мизинцев В. А. Эффективность при-

1 патент.

раза и более при условии, что она вы-

менения установок продольной емкостной

полнена регулируемой.

компенсации в тяговых сетях переменного

Петров Денис Вячеславович

- родился

3. Эффективность разработанных

тока железных дорог. Промышленная энерге-

в 1992 году. В 2014 году окончил МГУПС

приставок ДСТ и ДМФЖСМ к тягово-

тика № 1. - 2015, 22-25 с.

(МИИТ) по специальности «Электроэнерге-

му трансформатору системы 25 кВ

Василянский А. М., Мамошин Р. Р., Яки-

тика транспорта». Опыт работы - 3 года. В на-

определяется в основном снижени-

мов Г. Б. Совершенствование системы тяго-

стоящее время работает менеджером техни-

ем несимметрии токов. В результате

вого электроснабжения железных дорог,

ческой поддержки в ООО «Риттал».

снижается несимметрия токов на

электрифицированных на переменном токе

первичной обмотке трансформатора

27,5 кВ, 50 Гц // Железные дороги мира, 2002,

German Leonid - was born in 1937. He has grad-

с соответствующим положительным

№ 8, с. 40-51.

uated Moscow Institute of Transport Engineers by

эффектом.

specialty «Engineer routes - electrician» (1959).

4. Что касается несимметрии на-

Герман Леонид Абрамович

- родился

He has defended the dissertation by the theme:

пряжения по обратной последова-

в 1937 году. Окончил Московский институт

«Theory and practice of improving treatment

тельности, то в связи с увеличением

инженеров транспорта (МИИТ) по специаль-

system traction below the AC power plants with

сопротивления тяговой подстанции

ности «Инженер путей сообщения - элек-

capacitive compensation». He is a Doctor of Tech-

при включении разработанных при-

тромеханик» (1959 г.). Защитил докторскую

nical Sciences, Professor of dept. «Electrification

ставок их эффективность уступает

диссертацию по теме: «Теория и практика

and Utilities» at The Nizhny Novgorod branch of

эффекту снижения несимметрии при

совершенствования режима системы тяго-

the Russian State University of transport commu-

работе установок поперечной и про-

вого электроснабжения переменного тока

nications. He is a corresponding member of the

дольной емкостных компенсаций:

с установками емкостной компенсации». Док-

Academy of Transport of the Russian Federation.

при работе регулируемой КУ несим-

тор технических наук, профессор кафедры

Author of more than 350 scientific works, 70 in-

метрия снижается в среднем в 1,5-4

«Электрификация и электроснабжение» Ни-

ventions and patents. Has 2 government awards.

раза, а при УПК - в 2 раза и более,

жегородского филиала Московского государ-

вплоть до полного устранения не-

ственного университета путей сообщения.

Novikov Evgeniy - was born in 1984. In 2006

симметрии напряжения.

Является членом-корреспондентом Россий-

he graduated from Far East State Communica-

ской Академии транспорта. Автор более 350

tions University (DVGUPS) with specialization in

научных трудов, 70 изобретений и патентов.

«Automation, telemechanics and communica-

Литература:

Имеет 2 правительственные награды.

tion in railway transport». He is a candidate of

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

Engineering Sciences. In 2012 he defended the

Конденсаторные установки электрифици-

Новиков Евгений Владимирович - родился

dissertation by the theme: «Methods, analysis

рованных железных дорог. - М.: Транспорт.

в 1984 году. В 2006 году окончил Дальнево-

of reliability of complex technical infrastructure

1983. - 183 с.

сточный государственный университет пу-

systems of railway transport». His work experi-

2. Тамазов А. И. Несимметрия токов и напря-

тей сообщения (ДВГУПС) по специальности

ence is 11 years. At present he works as associ-

жений, вызываемая однофазными тяговыми

«Автоматика, телемеханика и связь на желез-

ate professor at the department «Electrification

нагрузками. - М.: Транспорт, 1965. - 235 с.

нодорожном транспорте». Кандидат техниче-

and electrical supply of railroads» in MGUPS

3. Бородулин Б. М. Симметрирование то-

ских наук. В 2012 году защитил диссертацию

(MIIT). He has 26 scientific works.

ков и напряжений на действующих тяговых

по теме: «Методы, анализы надежности слож-

подстанциях переменного тока. Вестник

ных технических систем инфраструктуры же-

Kishkurno Konstantin - was born in 1991.

ВНИИЖТ № 2. - 2003.

лезнодорожного транспорта». Опыт работы -

In 2012 he graduated from Moscow State of

4. Сероносов В. В., Иванов М. А., Каратаев В. Г.

11 лет. В настоящее время работает доцентом

Railway University (MIIT), speciality is «Railway

Исследование работы фазосдвигающей при-

кафедры «Электрификация и электроснабже-

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

ставки к трансформатору тяговой подстан-

ние железных дорог» МГУПС (МИИТ). Имеет

vanced student of «Electric railway roads power

ции переменного тока. Электрификация, ин-

26 научных трудов.

supply» chair of Moscow State of Railway Uni-

новационные технологии, скоростное и вы-

versity. He has 4 articles, 1 patent.

сокоскоростное движение на железнодорож-

Кишкурно Константин Вячеславович

ном транспорте: материалы Пятого Междуна-

родился в 1991 году. В 2012 году окончил

Petrov Denis - was born in 1992. In 2014 he

родного симпозиума «Элтранс-2009» - СПб.:

МГУПС (МИИТ) по специальности «Электро-

graduated from Moscow State of Railway Uni-

ПГУПС, 2010, с. 427-434.

снабжение железных дорог». В настоящее

versity (MIIT) with specialization in «Transport

5. Марквардт К. Г. Электроснабжение элек-

время является аспирантом кафедры «Энер-

electric power industry». His work experience is

трифицированных железных дорог.

- М.:

госнабжение электрических железных до-

3 years. At present he works as technical support

Транспорт, 1982. - 528 с.

рог» Московского государственного уни-

manager in «Rittal» LLC.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2015

Детализация структуры тяговых сетей

переменного тока в задачах моделирования

и расчета параметров петли

короткого замыкания

// Detail structures traction ac networks for modeling and dimensioning

of short-circuit loop //

Быкадоров А. Л., д.т.н., профессор,

яют протекающий по рельсам ток

Заруцкая Т. А., к.т.н.,

и токи утечки, которые зависят от

Гаврилов И. В.,

сезонного состояния переходного

сопротивления.

ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный университет

В совокупности перечисленные

путей сообщения», г. Ростов

факторы формируют нелинейный ха-

Муратова-Милехина А.С.,

рактер сопротивления тяговой сети,

ОАО «Роствертол», г. Ростов

что влияет на параметры петли ко-

роткого замыкания. Существующие

Дистанционное определение места

Remote short circuit location in AC electric

методы расчета используют экви-

короткого замыкания в тяговых сетях

traction network is a complicated and im-

валентирование элементов тяговой

переменного тока является актуальной,

portant issue that is yet to be resolved. This

сложной и до конца не решенной задачей.

is accounted for by diversity and heteroge-

сети для упрощения ее структуры [1,

Связано это с многообразием и неодно-

neity of the traction network elements. This

2, 3, 4, 5, 8]. Такой подход вполне при-

родностью элементов, образующих тя-

article considers and compares a range of

емлем при расчетах потерь напряже-

говую сеть. В данной статье рассматри-

models having different degree of detal-

ния, потерь энергии, расчета токов

ваются для сравнения несколько вари-

ization and examines effect detalization

короткого замыкания. В последние

антов моделей, составленных с разной

has on specific resistance of the electric

годы серьезно повышены требова-

степенью детализации, и исследуется

traction network and fault path resistance.

ния точности определения места

влияние детализации на удельное сопро-

Separate analysis of power and induction

короткого замыкания. Удовлетвори-

тивление тяговой сети и сопротивле-

components, impedance and phase angle

тельной может считаться погреш-

ние петли короткого замыкания. Анализ

depending on the distance to SC location

ность 200-250 м. Очевидно, что мето-

в отдельности по активной и индуктив-

provides for better understanding of causes

ды, связанные с определением места

ной составляющим, полному сопротив-

of miscalculation and inaccuracy in the

короткого замыкания в тяговой сети,

лению и фазовому углу в зависимости от

existing methods of remote short circuit

должны базироваться на моделях

расстояния до места КЗ позволяет более

location. According to the obtained results,

с более тонкой структурой тяговой

глубоко понять причину погрешности

it is necessary to use models featuring

сети. Современные компьютерные

и неточности в существующих методи-

higher detalization of the traction network

технологии позволяют успешно ре-

ках дистанционного определения места

elements than that employed today to solve

шать подобные задачи.

КЗ. Полученные результаты показыва-

short circuit location tasks.

В данной статье рассматрива-

ют, что при решении задач, связанных

Keywords: short circuit, electric traction

ются для сравнения несколько ва-

с определением места короткого замы-

network, detalization, model, specific resis-

риантов моделей, составленных

кания, необходимо использовать модели

tance, ballast section, deep earth, param-

с разной степенью детализации.

с большей детализацией элементов

eters of emergency conditions, enhancing

Параметры элементов этих моделей

тяговой сети, чем принято сегодня.

computational accuracy, electric process

(Z_П - сопротивление контура «Про-

Ключевые слова: короткое замыкание,

simulation.

вод - земля»; Z_М- сопротивление

тяговая сеть, детализация, модель,

взаимоиндукции между контурами;

удельное сопротивление, балластная

Z_ЭК - эквивалентное сопротивление

призма, глубокая земля, параметры

контактного провода и несущего

аварийного режима, повышение точно-

троса) определялись по известным

сти расчетов, моделирование электри-

формулам [1, 2, 4, 5, 6]. Численные

ческих процессов.

значения элементов моделей при-

Определение места короткого

тромагнитным влиянием элементов

нимались для следующих условий:

замыкания в тяговых сетях перемен-

сети. Наиболее сложным элементом

рельсы Р65; контактная подвеска

ного тока является актуальной, слож-

является рельсовая цепь, которая

ПБСМ70

+ МФ100; проводимость

ной и до конца не решенной задачей.

через балластную призму связана

земли 5.10^-3 См/м; расстояние меж-

Связано это с многообразием и не-

с землей. Токи в земле создают на-

ду контактной сетью и рельсами -

однородностью элементов, образу-

веденный ток в рельсовой цепи. На

6,55 м. Рассматривались режимы

ющих тяговую сеть, взаимным элек-

сопротивление рельсовой цепи вли-

короткого замыкания.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2015

поверхности земли; Р-З - балластная

Таблица 1. Удельные сопротивления тяговой сети и петли КЗ.

призма; ГЗ - уровень земли на глуби-

Место КЗ, км

Модель 1

Модель 2

Модель 3

не 10 м; З-ГЗ - слой земли толщиной

Удельное сопротивление тяговой сети, Ом/км

10 м; z_эк - удельное эквивалентное со-

противление контактной сети, Ом/км;

1 км

0,26 + j0,57

0,27 + j0,56

zр - удельное сопротивление рельсо-

10 км

0,26 + j0,57

0,27 + j0,49

0,26 + j0,49

вой цепи, Ом/км; z_з - удельное сопро-

20 км

0,26 + j0,57

0,26 + j0,49

0,25 + j0,48

тивление земли, Ом/км; z_гз- удельное

Сопротивления петли КЗ, Ом

сопротивление глубокой земли, Ом/

км; z_мэлр

- удельное сопротивление

1 км

3,26 + j0,57

3,27 + j0,56

взаимоиндукции между контактной

10 км

5,63 + j5,73

5,66 + j4,94

5,63 + j4,92

сетью и рельсовой цепью, Ом/км; Z_д -

20 км

8,26 + j11,46

8,18 + j9,7

8,08 + j9,65

сопротивление дуги, Ом.

Рис. 3. Графики зависимости сопротивления петли короткого замыкания от расстояния до места КЗ.

В модели № 2 (рис. 1б) рельсовая

му сопротивлению учитываются в мо-

Для исследования проведена се-

цепь, переходное сопротивление

дели № 3 (рис. 1в). На рис. 1 приняты

рия коротких замыканий через каж-

и поверхность земли выполнены от-

следующие обозначения: ТП - тяговая

дый километр тяговой сети. Результаты

дельными элементами. Элементы зем-

подстанция; КЗ - место короткого за-

КЗ представлены в таблице 1 и на ри-

ли глубиной 10 м в дополнение к эле-

мыкания; ЭК - уровень контактной

сунках 2 и 3.

ментам рельсовой цепи и переходно-

сети; Р - уровень рельсов; З - уровень

Результаты исследования пока-

зывают, что удельные сопротивле-

ния, полученные на модели № 1, как

и следовало ожидать, не зависят от

места КЗ. Численные значения этих

сопротивлений хорошо согласуют-

ся со справочными данными [6] для

средних значений сопротивлений.

Данные моделей № 2 и № 3 не про-

тиворечат данным модели № 1, од-

нако отличаются от них тенденцией

к уменьшению величины удельного

сопротивления по мере удаления ме-

ста КЗ от подстанции.

На модели № 3, кроме анализа со-

Рис. 4. Графики распределения токов в рельсах, в верхнем и нижнем слоях земли при ко-

противлений, проводились исследо-

ротком замыкании на 20 км.

вания распределения токов в рель-

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2015

а)

б)

в)

Рис. 5. Варианты моделей двухпутного участка с двусторонним питанием и постом секционирования:

а) модель № 4; б) модель № 5; в) модель № 6.

сах, на поверхности земли и в нижних

Рассматриваются

3 варианта

эквивалентное сопротивление кон-

слоях земли при коротком замыка-

моделей (рис.

5) с двусторонним

тактной сети второго пути, Ом/км;

нии на 20 км. Результаты представле-

питанием и постом секционирова-

z_р1 - удельное сопротивление рель-

ны на рис. 4.

ния. Модель № 4 - это известная

совой цепи первого пути, Ом/км; z_р2 -

Графики распределения токов,

модель, в которой рельсы обоих

удельное сопротивление рельсовой

полученные при моделировании,

путей эквивалентированы одной

цепи второго пути, Ом/км; z_мэк1р1

примерно соответствуют результа-

нитью [1, 5, 6]. В модели № 5 рель-

удельное сопротивление взаимо-

там их аналитического исследования

сы разделены и представлены на

индукции между контактной сетью

в работе [5]. В соответствии с реко-

каждом пути самостоятельными

и рельсовой цепью первого пути,

мендациями, приведенными в рабо-

элементами с междупутными и вза-

Ом/км; z_мэк1р2 - удельное сопротивле-

те [7], графики распределения тока

имоиндуктивными связями. Модель

ние взаимоиндукции между контакт-

в рельсах могут быть использованы

№ 6 имеет элементы, имитирующие

ной сетью первого пути и рельсовой

для уточнения сопротивления рель-

разделенные рельсовые цепи, бал-

цепью второго пути, Ом/км; z_мэк1эк2 -

сов в зависимости от протекающих

ластную призму и землю с верх-

удельное сопротивление взаимо-

токов КЗ.

ним и нижним слоями, связанными

индукции между контактной сетью

В существующих методиках ре-

между собой. Короткие замыкания

первого и второго пути, Ом/км.

комендуется рельсовые цепи двух-

производились через каждый ки-

Сопротивления петли КЗ и удель-

путного участка заменять одной

лометр на участке от подстанции до

ные сопротивления тяговой сети, по-

эквивалентированной нитью. Пред-

поста секционирования, располо-

лученные по результатам моделиро-

ставляет несомненный интерес ис-

женного на 26 км.

вания КЗ, представлены в таблице 2

следование влияния детализации

На рис.

5 приняты следующие

и на рис. 6, 7.

структуры рельсовых цепей в моде-

обозначения: z_эк1

- удельное соб-

Представленные материалы на-

лях двухпутных участков на удель-

ственное эквивалентное сопротив-

глядно показывают, что детализация

ные сопротивления и параметры

ление контактной сети первого пути,

элементов моделирования заметно

петли КЗ.

Ом/км; z_эк2 - удельное собственное

влияет на удельные сопротивления

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2015

Таблица 2. Влияние степени детализации элементов рельсовой цепи кой земли влияет лишь на численные

на сопротивление петли КЗ, Ом. значения удельных сопротивлений

(рис. 5) и не создает существенных от-

Место КЗ, км

Модель № 4

Модель № 5

Модель № 6

личий параметров петель короткого

замыкания (таблица 2 и рис. 6), полу-

1 км

3,01 + j0,89

3,33 + j0,53

3,34 + j0,52

ченных на моделях № 5 и № 6.

10 км

5,09 + j6,02

6,4 + j4,97

6,39 + j4,56

26 км

7,12 + j16,83

17,49 + j16,31

17,13 + j14,38

Выводы

1. При решении задач, связанных

и на параметры петли короткого за-

ям участка между подстанцией и по-

с определением места короткого за-

мыкания.

стом секционирования.

мыкания, необходимо использовать

Наибольшие расхождения удель-

Расхождение по параметрам пет-

модели с большей детализацией эле-

ных сопротивлений традиционной

ли короткого замыкания нарастает

ментов тяговой сети.

модели № 4 и моделей № 5, № 6 на-

по мере приближения к посту секци-

2. Наибольший эффект дает дета-

блюдаются в средней части и по кра-

онирования. Моделирование глубо- лизация рельсовой цепи, переход-

Рис. 6. Графики зависимости удельных сопротивлений тяговой сети и фазных углов от места КЗ.

Рис. 7. Зависимости параметров петли КЗ от степени детализации модели и расстояния до места КЗ.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2015

ного сопротивления и верхнего слоя

Быкадоров Александр Леонович

альности

«Электроснабжение железных

земли.

в 1960 году окончил Ростовский институт

дорог». С 2009 года по 2012 год обучалась

3. Моделирование глубокой зем-

инженеров железнодорожного транспорта.

в аспирантуре РГУПС. Имеет 8 научных ра-

ли целесообразно в том случае, если

Доктор технических наук. В 1995 году защи-

бот. В настоящее время является сотрудни-

требуется корректировка сопротив-

тил докторскую диссертацию на тему: «Теоре-

ком ОАО «Роствертол».

ления рельсовой цепи по величине

тические основы прикладных задач управле-

тока в рельсах.

ния режимами работы системы электроснаб-

Bykadorov Aleksandr - graduated Rostov In-

4. Численные значения удель-

жения железных дорог для АСУЭ». В настоя-

stitute of Railway Transport Engineers in 1960.

ных сопротивлений и элементов

щее время является профессором кафедры

He is a Doctor of Technical Sciences. In 1995 he

петли короткого замыкания могут

«Автоматизированные системы электроснаб-

has defended the dissertation by the theme:

использоваться в качестве призна-

жения» Ростовского государственного уни-

«Theoretical framework of application tasks

ков в задачах определения места

верситета путей сообщения. Имеет более 115

of managing operating modes of the railways

короткого замыкания в неоднород-

печатных научных трудов. Область научных

power supply system for the automated power

ных тяговых сетях.

исследований - проблемы экономии элек-

metering system». At present, he holds the po-

троэнергии, имитационное моделирование

sition of professor of department «Аutomated

и компьютерные технологии в управлении

power supply system» of Rostov State Transport

Литература:

электроснабжением в нормальных и вынуж-

University. He is the author of over 115 printed

1. Марквардт К. Г. Электроснабжение элек-

денных режимах работы. Имеет награды: ор-

research papers. His research focus covers

трифицированных железных дорог. Учебник

ден «Знак почета», знак «Почетный железно-

power saving issues, simulation study and IT in

для вузов ж/д трансп. - М.: Транспорт, 1982. -

дорожник».

managing power supply in standard and forced

527 с.

operating modes. He’s been awarded with the

2. Фигурнов Е. П. Релейная защита. Учебник

Заруцкая Татьяна Алексеевна - родилась

Badge of Honor Order, the Badge of Honorary

для вузов ж/д трансп. - М.: Желдориздат,

в 1975 году. В 1997 году окончила Ростовский

Railroader.

2002. - 720 с.

государственный университет путей сообще-

3. Марквардт К. Г., Быкадоров А. Л. Матричный

ния по специальности «Электроснабжение

Zarutskaya Tatiana - was born in 1975. In 1997

метод расчета тяговых сетей. Труды РИИЖТа,

железнодорожного транспорта». Кандидат

she graduated Rostov State Transport University

вып. 132. Ростов-на-Дону, 1997.

технических наук. В 2004 году защитила дис-

with the major in Railway Transport Power Sup-

4. Фигурнов Е. П. Сопротивления электротя-

сертацию по теме: «Исследование эффектив-

ply. She is a candidate of Engineering Sciences.

говой сети однофазного переменного тока.

ности применения сверхпроводникового

In 2004 she defended the dissertation by the

Электричество, 1997, № 5, с. 23-29.

индуктивного накопителя энергии на тяго-

theme: «Researching the efficiency of applying

5. Карякин Р. Н. Тяговые сети переменного

вой подстанции постоянного тока». Опыт

superconducting induction energy storage in

тока: 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт,

работы - 17 лет. В настоящее время работает

DC traction substation». 17 years’ work experi-

1987. - 279 с.

доцентом кафедры

«Автоматизированные

ence. At present, she holds the position of as-

6. Справочник по электроснабжению желез-

системы электроснабжения» ФГБОУ ВПО

sistant professor of department

«Аutomated

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

«Ростовский государственный университет

power supply system» of Rostov State Transport

Транспорт, 1980. - 256 с.

путей сообщения». Имеет 45 научных работ,

University. She is the author of 45 research pa-

7. Быкадоров А. Л., Заруцкая Т. А., Муратова-

в том числе патенты.

pers, including patents.

Милехина А. С. Анализ взаимного влияния

параметров тяговой сети переменного тока

Гаврилов Игорь Владимирович - родил-

Gavrilov Igor - was born in 1993. Since 2011

на полное сопротивление петли короткого

ся в 1993 году. С 2011 года по настоящее

and until present, he is a student of Rostov State

замыкания. Вестник транспорта Поволжья.

время - студент ФГБОУ ВПО «Ростовский

Transport University with the major in Railways

Самарский гос. ун-т путей сообщения.

государственный университет путей со-

Power Supply. He has 2 research papers.

2013. - № 5 (41). - С. 7-15. - «Пресса России» -

общения» по специальности «Электроснаб-

11886 ISSN.

жение железных дорог». Имеет 2 научные

Muratova-Milehina Anna - was born in 1987.

8. Андреев В. В., Гречишников В. А., Шевлю-

работы.

In 2009 she graduated Rostov State Transport

гин М. В. Расчет интегральных показателей

University with the major in Railways Power

работы разветвленных систем тягового

Муратова-Милехина Анна Сергеевна

Supply. Since 2009 until 2012, she had postgrad-

электроснабжения.

Электротехника.

родилась в 1987 году. В 2009 году окончила

uate training in Rostov State Transport Univer-

2012. -№ 12. С. 32-36. - Фирма Знак (Мо-

ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный

sity. She has 8 research papers. At present, she

сква) - 0013-5860 ISSN.

университет путей сообщения» по специ-

works at Rostvertol OJSC.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2015

Энергетическая оценка эффективности

рекуперации на электровозах

переменного тока

// Energetic estimation of regenerative braking efficiency

on AC electric locomotives //

Гарбузов И. И.,

ности (K_м) указанных электровозов

МГУПС (МИИТ), г. Москва

составляет 0,795. По данным этой же

дороги, а также в соответствии с ре-

В работе проведен сравнительный

In that work was made the comparative

зультатами обширных эксперимен-

анализ результатов моделирования

analysis of results of modeling the motion

тов электровозы переменного тока

движения двух электровозов 2ЭС5К

of two electric locomotives 2ES5K on a site

по типовому участку с холмистым

with a hilly profile (type III). That electric

типа ВЛ 80Р с рекуперативным тор-

профилем (тип III), регламентирован-

locomotives used regenerative braking

можением имеют еще более низкий

ному нормативными документами.

and pneumatic only. As a result, we were

коэффициент мощности: в режиме

При этом рассматривалась работа

obtained graphs consumption of active,

тяги - 0,705; в режиме рекуперации -

электровозов с применением рекупера-

reactive and apparent energy by electric

0,5175 [1]. Как видно из приведенных

тивного торможения и без него - с ис-

locomotives, as well as their recoil by trac-

данных, при использовании рекупе-

пользованием только пневматического.

tion substations. Based on these data we

ративного торможения коэффициент

Были получены графики потребления

calculated the specific energy consumption

мощности электровоза снижается на

активной, реактивной и полной энер-

for traction, as well as the weighted average

26,6%. Низкие значения коэффициен-

гий электровозами, а также их отдачи

power factor and reactive power factor. Us-

та мощности свидетельствуют о по-

тяговыми подстанциями. На основании

ing that data, was made the comparison of

вышенном потреблении реактивной

этих данных были вычислены удельные

simulation results and the analysis of regen-

мощности, а также о появлении ис-

расходы энергии на тягу поездов, а так-

erative braking influence on electric locomo-

кажений напряжения и тока на то-

же средневзвешенные коэффициенты

tives energetic. There are proved that the use

коприемнике электровоза. При этом

мощности и реактивной мощности.

of c regenerative braking are significantly

в тяговой сети протекают реактивные

Были проведены сравнение результатов

increasing in the consumption of reactive

токи, вызывающие дополнительные

моделирования и анализ влияния рекупе-

power by electric locomotives and losses of

потери передаваемой энергии, что

ративного торможения на энергетику

active energy in the traction network.

влечет увеличение расхода энергии

движения электровоза. Доказано, что

Keywords: electric locomotive, traction,

на тягу поездов. Для подробного

применение рекуперативного торможе-

regenerative braking, feed zone, catenary,

изучения влияния рекуперации на

ния увеличивает потребление реактив-

mathematical modeling, real-time comput-

энергетические показатели качества

ной и полной энергий от тяговых под-

ing complex.

электровозов было выполнено ими-

станций, что приводит к росту потерь

тационное моделирование электро-

активной энергии в тяговой сети.

Ключевые слова: электровоз, тяга, ре-

куперативное торможение, фидерная

зона, контактная сеть, математиче-

ское моделирование, вычислительный

комплекс реального времени.

В настоящее время на электриче-

ских железных дорогах переменного

тока широкое распространение по-

лучили электровозы с коллекторны-

ми электродвигателями и зонно-фаз-

ным регулированием напряжения

на них. При их работе реализуется

низкий коэффициент мощности, ко-

торый в зависимости от нагрузки

и удаления электровоза от тяговой

подстанции находится в пределах

0,65-0,85. На Красноярской желез-

ной дороге, по обобщенным годовым

Рис. 1. Реализация имитационной модели СТЭС с движением электровозов в пакете

данным, средний коэффициент мощ-

Matlab/Simulink.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2015

магнитных процессов на базе про-

Длина тестового участка составила

где P_n - величина активной мощно-

граммно-аппаратного

комплекса

сти электровоза в период времени

уч = 144,9 км, поэтому он был разбит

реального времени, созданного на

на три фидерных зоны протяженно-

(t_n-tn-1);

кафедре «Электропоезда и локомо-

стью lфз1 = lфз2 = 50 км и lфз3 = 44,5 км, со-

Sn - величина полной мощности

тивы» МИИТа [2, 3].

единенных друг с другом нейтраль-

электровоза в период времени (t_n-tn-1);

Имитационная модель электри-

ными вставками длиной lнв = 0,2 км

n = 1, 2, 3… n.

ческой железной дороги, разрабо-

каждая.

Q dt +∫Q dt

танная в [2,

3], была реализована

В результате проведенных опы-

∫

ср

n−1

в пакете Matlab/Simulink (рис. 1). Она

тов были получены кривые расходов

tgϕ

(2)

включает в себя модули электро-

активной A_P, реактивной А_Q и пол-

P dt

∫

станции (1), нетягового потребителя

ной А_S энергий на электровозах и тя-

n−1

(2), тягового трансформатора под-

говых подстанциях. Была проведена

где Q_n - величина реактивной мощ-

станции (3), тяговой сети (4) и тяго-

сравнительная оценка итоговых зна-

ности электровоза в период времени

вых приводов электровозов (5 и 6).

чений расхода энергии, удельных

(t_n-tn-1).

Кроме того, в состав модели входят

расходов активной энергии на тягу

На рис.

2а представлены гра-

новые блоки, разработанные специ-

поездов, а также средневзвешенных

фики расхода активной энергии на

ально для выполнения поставленной

значений коэффициентов мощности

тягу поездов электровозами 1 (AP1)

задачи. Это блок решения уравнения

K_мср и коэффициентов реактивной

и 2 (AP2), суммарного расхода актив-

движения поезда (10), программный

мощности tgφ^ср

ной энергии на тяговых подстанциях

блок профиля пути (8), блок задания

APп/ст, а также график потерь актив-

режима работы электровоза (7), блок

∫

P dt +∫ P dt

∫

ной энергии в тяговой сети ΔA_P, вы-

ср

n−1

расчета потерь в тяговых электро-

(1)

численные на основании алгебраи-

двигателях (9), блок учета активной,

S dt

ческого баланса

активных

мощно-

∫

реактивной и полной мощностей,

n−1

стей в СТЭС.

а также расхода электроэнергии на

тягу поездов (11), блок-определитель

показателей качества электрической

энергии (12). Также для учета изме-

нения параметров тяговой сети при

движении электровозов блоки тяго-

вой сети (4) были дополнены пере-

менными сопротивлениями, а блоки

системы первичного электроснаб-

жения и тяговой подстанции проду-

блированы для моделирования двух-

стороннего питания фидерной зоны

длиной 50 км.

Для оценки эффективности при-

менения рекуперативного тормо-

жения в системах тягового электро-

снабжения переменного тока было

проведено два численных опыта по

моделированию движения двух элек-

тровозов 2ЭС5К по тестовому участку

электрической железной дороги.

Опыт 1. Движение электровозов

2ЭС5К с типовой силовой схемой по

тестовому участку без применения

рекуперативного торможения.

Опыт 2. Движение электровозов

2ЭС5К с типовой силовой схемой по

тестовому участку с применением ре-

куперативного торможения.

Электровоз 1 следовал по перво-

му пути с типовым профилем типа III

(холмистого) в прямом направлении

(А1) [4]. Электровоз 2 следовал ему

навстречу по второму пути с типо-

вым профилем типа III

(холмисто-

Рис. 2. Результаты моделирования движения электровозов в опыте 1: а - потребление

го) в обратном направлении

(А2).

активных энергий; б - потребление реактивных энергий; в - потребление полных энергий.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2015

Рис. 3. Графики расхода активной энергии электровозами, а также расхода активной энергии на тягу поезда и отдачи активной энер-

гии в сеть при рекуперативном торможении в опыте 2: а - электровозом 1; б - электровозом 2.

Из графика следует, что электро-

меньше, чем на электровозах, по-

электровозе 1, что говорит о немного

воз 1 израсходовал на ведение по-

тому что знаменатель выражения (3)

большем потреблении реактивной

езда по тестовому участку активную

увеличился почти в 4 раза, поскольку

энергии.

энергию AP1=5810,8 кВтч. Удельный

учитывались массы обоих поездов

Суммарный расход реактивной

расход электроэнергии на тягу поез-

и расстояния, которые они преодо-

энергии на тяговых подстанциях со-

да был вычислен по формуле

лели, а числитель увеличился менее

ставил AQп/ст = 7845,4 кВАрч, а сред-

чем в 2 раза по сравнению с электро-

невзвешенный коэффициент реак-

уд

(3)

возом 1 и в 2,6 раза - по сравнению

тивной мощности - tgφсрп/ст = 0,808.

п уч l)

с электровозом 2.

На рис. 2в представлены графики

где М_л - масса локомотива, т;

Исходя из уравнения алгебраи-

расходов полных энергий на тягу по-

М_п - масса поезда, т.

ческого баланса мощностей, потери

ездов электровозами 1 (AS1) и 2 (AS2),

Для электровоза

1 удельный

активной энергии составили ΔA_P =

а также суммарного расхода полной

расход электроэнергии составил

178 кВтч. Эти потери составляют

энергии на тяговых подстанциях ASп/ст.

уд

A_P

1,83% от активной энергии APп/ст, по-

Расход полной энергии на элек-

1 = 123,7 кВтч/ (104 ткм брутто).

Электровоз

2 израсходовал ак-

требляемой от тяговых подстанций.

тровозе 1 составил AS1 = 7552,4 кВАч.

тивную энергию AP2 = 3720,7 кВтч.

На рис.

2б представлены гра-

Средневзвешенный коэффициент

Это значение получилось меньше

фики расходов реактивных энер-

мощности, вычисленный по (1), со-

ср

на 2090,1 кВтч, поскольку электро-

гий на тягу поездов электровозами

ставил K_м

1 = 0,769.

воз 2 не был постоянно подключен

1 (АQ1) и

2 (АQ2), а также суммар-

Расход полной энергии на элек-

к тяговой сети, и некоторые участки

ного расхода реактивной энер-

тровозе 2 составил AS2 = 4901,8 кВАч,

с тяжелым профилем могли выпасть

гии на тяговых подстанциях AQп/ст.

что на

2650,6 кВАч меньше, чем

из рассмотрения. Соответственно,

Расход реактивной энергии

на электровозе 1. Его средневзве-

пройденный им путь будет меньше

на электровозе

1 составил АQ1 =

шенный коэффициент мощности

ср

длины тестового участка l_уч. Удельный

4759 кВАрч. Средневзвешенный ко-

был K_м

2 = 0,759, то есть на 0,01 мень-

расход электроэнергии электровоза

эффициент реактивной мощности,

ше, чем на электровозе 1, что также

уд

2 составил A_P

вычисленный по формуле (2), соста-

свидетельствует о немного большем

2 = 85,7 кВтч/ (104 ткм

брутто).

вил tgφср1 = 0,819.

потреблении реактивной энергии

Суммарный расход активной

Расход реактивной энергии

электровозом 2.

энергии на тяговых подстанциях со-

на электровозе

2 составил АQ2 =

Суммарный расход полной энер-

ставил APп/ст = 9709,5 кВтч, а удельный

3122,5 кВАрч, что на 1636,5 кВАрч

гии на тяговых подстанциях был

расход активной энергии составил

меньше, чем на электровозе 1. Его

ASп/ст = 12531 кВАч. Средневзвешен-

уд

A_P

средневзвешенный

коэффициент

ный коэффициент мощности тяговых

п/ст = 53,71 кВтч/ (104 ткм брутто).

ср

Удельный расход активной энергии

реактивной мощности был tgφср2 =

подстанций составил K_м

0,775.

п/ст =

на тяговых подстанциях получился

0,839, то есть на 0,02 выше, чем на

Он получился большим по тем же

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2015

го учета энергий AтP и AрP. Расход

активной энергии непосредствен-

но в режиме тяги составил AтP2 =

3835,7 кВтч, что на 115 кВтч больше,

чем в опыте 1, что также объясняется

некоторыми различиями в режимах

его движения. При работе в режиме

рекуперативного торможения в тя-

говую сеть было возвращено AтP2 =

1348 кВтч активной энергии. Эта

энергия составляет 35,1% от затра-

ченной в режиме тяги энергии AтP2.

Такое заметное превышение объяс-

няется непостоянной работой элек-

тровоза 2 на участке, выпадением из

рассмотрения некоторых участков,

преобладанием количества спусков

над количеством подъемов. В связи

с этим рекуперативное торможение

использовалось интенсивнее, чем

на электровозе 1.

Благодаря применению реку-

перации, расход активной энер-

гии электровозом 2 уменьшился на

634,8 кВтч, по сравнению с опытом 1,

до AP2 = 2487,7 кВтч. Удельный расход

активной энергии на тягу поезда так-

же уменьшился на 26,9 кВтч/ (10⁴ткм

брутто), по сравнению с опытом 1, до

APуд2 = 58,8 кВтч/ (10⁴ткм брутто).

График суммарного расхода

активной энергии на тяговых под-

станциях APп/ст, а также график по-

терь активной энергии в тяговой

сети ΔA_P представлены на рис. 4а.

Для наглядности там же продубли-

Рис. 4. Результаты моделирования движения электровозов в опыте 1: а - потребление

рованы графики расходов актив-

активных энергий; б - потребление реактивных энергий; в - потребление полных энергий.

ной энергии электровозами 1 (AP1)

уд

причинам, что и A_P

большим расхождением в режимах

и 2 (AP2). При применении рекупе-

п/ст и tgφсрп/ст.

Использование только пневмати-

движения поезда.

ративного торможения электрово-

ческого торможения на холмистом

При работе в режиме рекупера-

зами суммарный расход активной

профиле приводит к высокому удель-

тивного торможения в тяговую сеть

энергии на тяговых подстанци-

ному расходу активной энергии на

было возвращено AрP1 = 1068,4 кВтч

ях уменьшился на 2208,8 кВтч, по

тягу поездов - 123,7 кВтч/ (10⁴ткм

активной энергии. Эта энергия со-

сравнению с опытом 1, до APп/ст =

брутто) на электровозе 1 и 85,7 кВтч/

ставляет 18,2% от энергии AтP1, затра-

7510,7 кВтч. Удельный расход актив-

(10⁴ ткм брутто) на электровозе

ченной в режиме тяги.

ной энергии при этом уменьшился на

уд

Удельный расход активной энергии

Благодаря применению реку-

11,66 кВтч/ (10⁴ткм брутто) до AP

п/ст =

на тяговой подстанции при этом со-

перативного торможения, расход

42,05 кВтч/ (10⁴ткм брутто). По срав-

ставил 53,71 кВтч/ (10⁴ткм брутто).

активной энергии на ведение поез-

нению с опытом 1 потери активной

На рис. 3а представлен график

да электровозом 1 уменьшился на

энергии в тяговой сети увеличились

расхода электровозом

1 активной

1003,3 кВтч по сравнению с опытом 1,

на 40 кВтч до ΔAP = 218 кВтч. Вели-

энергии с раздельным учетом энер-

то есть до AP1 = 4807,5 кВтч. Удельный

чина потерь ΔA_P составляет 2,9% от

гии, потраченной на тягу поезда AтP,

расход активной энергии на тягу по-

величины активной энергии APп/ст, по-

и энергии, возвращенной в сеть при

езда электровозом 1, вычисленный

требляемой от тяговых подстанций.

работе в режиме рекуперативного

по формуле

(1), также уменьшил-

На рис. 4б представлены графи-

торможения AрP. Расход активной

ся на 21,4 кВтч/ (10⁴ткм брутто) до

ки расходов реактивной энергии

уд

энергии непосредственно в режиме

электровозами 1 (АQ1) и 2 (АQ2), а так-

1 = 102,3 кВтч/ (104 ткм брутто).

тяги составил AтP1 = 5875,9 кВтч, что

На рис. 3б представлен график

же суммарного расхода реактивной

на 65,1 кВтч больше, чем в опыте 1.

расхода активной энергии электро-

энергии на тяговых подстанциях

Это превышение объясняется не-

возом 2 с применением раздельно-

AQп/ст.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2015

При применении рекуперативно-

взвешенный коэффициент мощности

с зонно-фазным регулированием при

ср

го торможения расход реактивной

снизился на 0,045 до K_м

= 0,714, что

холмистом профиле пути может за-

энергии на электровозе 1 увеличил-

свидетельствует о повышении потре-

метно снизить расход активной энер-

ся на 1488,8 кВАрч, по сравнению

бления реактивной энергии по срав-

гии на подстанциях, но негативно

с опытом 1, до АQ1 = 6247,8 кВАрч.

нению с предыдущим опытом.

влияет на качество электроэнергии

Применение рекуперации привело

В отличие от опыта 1 при работе

в СТЭС, энергетические показате-

к увеличению средневзвешенного

на участке электровозов с примене-

ли качества ЭПС, а также приводит

коэффициента реактивной мощности

нием рекуперативного торможения

к росту потерь активной энергии

электровоза 1 на 0,081 до tgφ^ср1= 0,9.

суммарный расход полной энергии

при передаче через тяговую сеть.

При применении рекуперативно-

на тяговых подстанциях увеличился

Для улучшения энергетики СТЭС не-

го торможения расход реактивной

на 1922 кВАч до ASп/ст = 14453 кВАч.

обходимо оборудовать электровозы

энергии на электровозе 2 увеличился

Из-за уменьшения потребления от

устройствами компенсации реактив-

на 1862,2 кВАрч до АQ2 = 4984,7 кВАрч

подстанций активной и повышения

ной мощности.

по сравнению с опытом 1. Такой при-

потребления реактивной и полной

рост объясняется так же, как и боль-

энергий средневзвешенный коэф-

Литература:

шая величина отданной в режиме ре-

фициент мощности тяговых подстан-

1. Савоськин А. Н., Кулинич Ю. М., Духовни-

куперации активной энергии AтP2, по-

ций уменьшился на 32,9% и составил

ков В. К. Управляемый компенсатор реактив-

ср

скольку в нем потребляется больше

ной мощности электровоза // Электротехни-

Kм

п/ст = 0,52.

реактивной энергии АQ2. Применение

В результате применения реку-

ка. - 2014. - № 2. - С. 25-29.

рекуперации привело к увеличению

перативного торможения на элек-

2. Савоськин А. Н., Кулинич Ю. М., Алексе-

средневзвешенного коэффициента

тровозах с зонно-фазным регулиро-

ев А. С. Математическое

моделирование

реактивной мощности электровоза

ванием расход активной энергии на

электромагнитных процессов в динамиче-

на 0,121 до tgφ^ср2= 0,96.

тяговых подстанциях APп/ст сокраща-

ской системе «контактная сеть-электровоз»

При работе на участке электрово-

ется на 22,63%. Расходы активной

// Электричество - 2002. № 2. - С. 29-35.

зов с применением рекуперативного

энергии электровозами 1 и 2 умень-

3. Савоськин А. Н., Болдин Д. И., Телегин М. В.,

торможения суммарный расход реак-

шились на 17,27% и 33,14% соответ-

Гарбузов И. И. Программно-аппаратный ком-

тивной энергии на тяговых подстан-

ственно. Удельный расход активной

плекс реального времени для имитационно-

циях увеличился на 3150,6 кВАрч,

энергии на тяговых подстанциях

го моделирования электромагнитных про-

уд

по сравнению с опытом 1, до AQп/ст

A_P

цессов в электрических ж.д. переменного

п/ст сокращается на 21,71%, а на

= 10996 кВАрч. Средневзвешенный

электровозах - на 17,3% и 31,4%.

тока // Университетский научный журнал. -

коэффициент реактивной мощно-

Отдаваемая электровозами 1 и 2 ак-

2013. - № 5. - С. 113-119.

сти при этом увеличился на 0,652

тивная энергия AрP составляет 18,2%

4. Методические указания по определению

до tgφ^срп/ст= 1,46.

и 35,1% от затрачиваемой ими на

технико-экономической эффективности но-

На рис. 4в представлены графики

тягу AтP. Однако вместе с этим на-

вых и усовершенствованных электровозов. -

расходов полной энергии электро-

блюдается существенный рост по-

М.: Транспорт, 1986. - 115 с.

возами 1 (AS1) и 2 (AS2), а также сум-

требления реактивной энергии.

марного расхода полной энергии на

Она увеличилась на 31,28% у элек-

Гарбузов Илья Игоревич

- родился

тяговых подстанциях ASп/ст.

тровоза 1, на 59,6% - у электровоза

в 1990 году. В 2012 году окончил МГУПС

При использовании рекуперации

2, на 40,16% - у тяговых подстанций.

(МИИТ) по специальности «Электрический

расход полной энергии на электро-

Полная энергия также увеличива-

транспорт железных дорог». В настоящее

возе 1 увеличился на 1852,7 кВАч,

ется на 24,53% у электровоза 1, на

время является аспирантом кафедры «Элек-

по сравнению с опытом 1, до AS1 =

48,2% - у электровоза 2, на 15,34% -

тропоезда и локомотивы» МГУПС (МИИТ).

9405,1 кВАч. Применение рекупера-

у тяговых подстанций. В результате

Имеет 16 научных работ.

ции снизило средневзвешенный ко-

снижаются коэффициенты мощно-

эффициент мощности электровоза 1

сти электровоза 1 - на 4%, электро-

Garbuzov Il’ya - was born in 1990. In 2012 he

ср

на 0,031 до K_м

= 0,738.

воза 2 - на 5,9%, тяговых подстан-

graduated from Moscow State of Railway Uni-

Применение рекуперации на

ций - на 32,9%. Потери активной

versity (MIIT) with a degree in «Electrical vehi-

электровозе 2 привело к увеличе-

энергии в тяговой сети увеличива-

cles of Railways». At the present time he pursues

нию расхода полной энергии на

ются на 22,5%.

postgraduate studies at «Electric trains and lo-

2362,8 кВАч, по сравнению с опытом

Следовательно, применение ре-

comotives» department of MSURE (MIIT). He has

1, до AS2 = 7264,6 кВАч. Его средне-

куперативного торможения на ЭПС

16 research papers.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2015

О формировании программы

совместного расчета систем тягового

и внешнего электроснабжений

// The formation of program of joint calculation of traction

and external power supply systems //

Кишкурно К.В.,

гулирования напряжения выведена

МГУПС (МИИТ), г. Москва

из работы. Поэтому необходимость

разработки современной автомати-

Для совместного рассмотрения систе-

For joint consideration of traction power

ки технических средств регулирова-

мы тягового электроснабжения (СТЭ)

supply system (TPSS) with external power

ния напряжения и реактивной мощ-

и системы внешнего электроснабжения

supply system (EPSS) is proposed to use a

ности в тяговом электроснабжении

(СВЭ) предложено использовать матри-

matrix of communication traction wind-

переменного тока является актуаль-

цу связи токов тяговой обмотки и то-

ing currents and currents traction network.

ной задачей.

ков тяговой сети. Получено выражение,

Obtained an expression that explains the

Для разработки современных

которое поясняет формирование

formation of calculation formulas for the

технических средств эффективного

расчетных формул для всей системы

entire system of the traction power supply

регулирования необходимо уточ-

тягового электроснабжения с учетом

system, taking into account the external

нить расчетные формулы в схемах за-

системы внешнего электроснабжения.

power supply.

мещения тяговых трансформаторов

Ключевые слова: система тягового

Keywords: traction power supply system

контактной сети.

электроснабжения (СТЭ), система внеш-

(TPSS), external power supply system (EPSS),

Цель статьи

- оптимизировать

него электроснабжения (СВЭ), устрой-

on load tap changer (OLTC), matrix of cur-

механизм совместного расчета си-

ство регулирования напряжения под

rents communication, program RAST-05K.

стем тягового и внешнего электро-

нагрузкой (УРПН), матрица связи токов,

снабжений.

программа РАСТ-05К.

Необходимость совместного рас-

Регулирование потоков актив-

ной емкостной компенсации (КУ) на

чета СВЭ и СТЭ диктуется большой

ной и реактивной мощностей в тя-

отечественных железных дорогах.

погрешностью традиционных упро-

говой сети позволяет увеличить

Включение установок поперечной

щенных расчетов СТЭ без учета СВЭ,

пропускную способность железной

и продольной емкостных компенса-

которая может достигать при опре-

дороги, повысить эффективность

ций, вольтодобавочных и симметри-

делении напряжений, потерь мощ-

работы электроподвижного состава

рующих трансформаторов снижает

ности и уравнительного тока боль-

и в целом системы тягового электро-

уровень несимметрии напряжения

ших значений.

снабжения и снизить потери электро-

на тяговых подстанциях.

Большинство

существующих

энергии. Нормативный документ [1]

Однако известны трудности регу-

методов расчета систем тягового

устанавливает требования к регули-

лирования напряжения в системе тя-

электроснабжения (СТЭ), как прави-

рованию параметров оборудования.

гового электроснабжения перемен-

ло, ориентированы на рассмотрение

В [1] указано, что подстанции с транс-

ного тока с наличием продольной

схем тяговой сети с питанием от тя-

форматорами с регулированием на-

и поперечной несимметрии ее па-

говой подстанции, ограничиваясь

пряжения под нагрузкой (УРПН) «…

раметров. Затруднено эффективное

шинами 110 (220) кВ [2, 3]. При этом

должны быть оборудованы устрой-

регулирование напряжения и реак-

связь между тяговыми подстанция-

ствами автоматического регулиро-

тивной мощности в связи с постоян-

ми по сетям 110 (220) кВ отсутствует,

вания», а также по установкам попе-

но изменяющейся тяговой нагруз-

то есть не учитываются взаимные со-

речной емкостной компенсации (КУ)

кой. И, наконец, в настоящее время

противления между тяговыми под-

указано: внедрение «плавного или,

применение указанных технических

станциями. В наиболее распростра-

по крайней мере, ступенчатого ав-

средств сдерживается отсутстви-

ненных методиках система внешнего

томатического регулирования мощ-

ем общепризнанных алгоритмов

электроснабжения в схеме замеще-

ности позволило бы оптимизировать

работы систем регулирования на-

ния учитывается собственным узло-

напряжение в тяговой сети…».

пряжения и реактивной мощности

вым сопротивлением, рассчитанным

В настоящее время повышается

применительно к тяговому электро-

по заданной мощности короткого за-

надежность УРПН, их ресурс дове-

снабжению переменного тока. Соот-

мыкания на шинах 110 (220) кВ тяго-

ден до 500 тыс. переключений, ра-

ветственно, нет проектных решений

вой подстанции [4]. Это вносит мето-

ботают трансформаторы с УРПН на

по системам регулирования. Все это

дические погрешности в расчеты [5].

вакуумных камерах. Проектируются

является одной из причин того, что

Нагрузки на стороне тяговой об-

плавно регулируемые и ступенчато

практически на всех тяговых транс-

мотки I_а, I_в, и I_с, соединенные в «Тре-

регулируемые установки попереч-

форматорах с УРПН автоматика ре-

угольник», в общем случае включают

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2015

несимметричную тяговую нагрузку

Учитывая (5), преобразуем (7)

М - первая матрица инциденций

и трехфазную нагрузку нетяговых по-

подключения ветвей однофазной

требителей.

тяговой сети к трехфазным тяговым

Токи в фазах тяговой обмотки

(8)

трансформаторам; (I^*+М *_у)^Т - транс-

понированная сумма сопряженных

матриц-столбцов токов трехфазного

Введем обозначение

трансформатора; k^∂ - диагональная

(1)

матрица коэффициентов трансфор-

мации трансформатора. Коэффици-

(9)

ент трансформации равен отноше-

Из (1) получаем матрицу связи

нию напряжений вторичной и пер-

токов с

вичной обмоток.

где Z_0Y

- тензор сопротивления

Полученное выражение

(6) по-

трансформатора

(по терминологии

ясняет формирование расчетных

(2)

Г. Крона [7], при преобразовании схе-

формул для всей системы тягового

мы «Звезда - треугольник» в схему

электроснабжения с учетом системы

Получаем матрицу токов в обмот-

«Звезда - звезда» нагрузка соединена

внешнего электроснабжения.

ке трансформатора, соединенного

в «Треугольник»).

Матрица уравнительных токов

в «Треугольник»

Тогда окончательно получим

заимствована из работ [2, 8] и явля-

ется основополагающим элементом

I′

= cI

(3)

(10)

в формировании совместного расче-

где I - вектор-столбец токов тяговой

В таком виде представлены поте-

та систем

сети и ДПР, соединенных в «Треуголь-

ри мощности в [7, 8] и использованы

ник».

в программе РАСТ-05К [9].

Для обоснования расчетных фор-

Как пример покажем формиро-

(13)

мул представим матрицу падений

вание матрицы падения напряже-

напряжения на вторичной стороне

ния для системы электроснабжения

где E - матрица ЭДС; kд0 - коэффици-

трехфазного трансформатора со схе-

с двумя тяговыми подстанциями, для

ент трансформации трансформато-

мой соединения «Звезда - треуголь-

которой матрица узловых сопротив-

ра для установившегося исходного

ник» в системе 25 кВ [6] в виде

лений

режима; Z_тс - сопротивление ветвей

тяговой сети.

∂

Все расчеты выполняются с при-

ΔU = Z

(4)

ведением значений всех параметров

Представим матрицу падения

к напряжению 27,5 кВ. В соответ-

где Z_Δ∂ - диагональная матрица со-

напряжения в трехфазном исполне-

ствии с программой РАСТ-05К, окно

противлений фаз трансформатора

нии с учетом блочно-диагональной

с вводом исходных данных которой

в соединении «Треугольник»; с - ма-

матрицы C

представлено на рис. 1, сеть внеш-

трица связи токов тяговой обмотки

него электроснабжения может быть

и токов тяговой сети; I - вектор-стол-

представлена сколь угодно сложной

бец токов тяговой сети и ДПР.

схемой и определяется матрицей уз-

При эквивалентировании схемы

ловых сопротивлений в фазных ко-

трансформатора «Звезда - треуголь-

ординатах размерностью 3N х 3N (где

ник» в схему «Звезда - звезда» диаго-

N - размерность исходной матрицы

нальная матрица сопротивлений фаз

узловых сопротивлений), а матрица

трансформатора равна

связи С представлена блочно-диаго-

(11)

нальной матрицей, каждый блок ко-

Z_Y∂ = Z_∆∂ /3

(5)

торой соответствует (2).

а матрица падений напряжения будет

В диалоговое окно программы

равна

При расчете потерь мощности

РАСТ-05К вводятся значения пара-

∂

ΔU = Z

(6)

в трансформаторе учтем уравнитель-

метров схемы замещения. В окне

ные токи и коэффициенты трансфор-

программы выбираем таблицу «Со-

Потери мощности в трансформа-

мации трансформатора [6] и, подста-

противления СВЭ» и в соответству-

торе будут иметь вид

вив C, получим

ющие ячейки заносим комплексные

значения сопротивлений ветвей СВЭ

(12)

(действительная часть

- в первый

где I - матрица комплексных зна-

столбец, мнимая - во второй (рис. 1)).

чений токов нагрузки трансформа-

В этой же таблице расставляются но-

торов тяговых подстанций; I^* - со-

мера узлов, к которым подсоединя-

(7)

пряженное значение; I_у

- матри-

ются соответствующие ветви (начало

ца-столбец уравнительных токов;

этой ветви и ее конец).

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2015

3. Совместные расчеты систем

внешнего и тягового электроснаб-

жений по определению токораспре-

деления, режима напряжения, по-

терь и прироста потерь мощности

с использованием матрицы связи

токов c реализованы в программе на

ЭВМ РАСТ-05К, зарегистрированной

в ФИПС (Роспатент, свидетельство

№ 2014612195). Программа оцени-

вает влияние системы внешнего

электроснабжения на показатели

режима тягового электроснабжения

с продольной и поперечной несим-

метрией ее параметров.

Литература:

1. Правила устройства системы тягового элек-

троснабжения железных дорог Российской

Федерации. - М.: МПС - 1997. ЦЭ-462, 78 с.

2. Герман Л. А. Матричные методы расчета си-

стемы тягового электроснабжения. Конспект

лекций. (Ч. I - 1998, Ч. II - 2000) - М.: РГОТУПС.

3. Руководящие указания по релейной защи-

те систем тягового электроснабжения. Депар-

Рис. 1. Ввод исходных данных в программе РАСТ-05К.

тамент электрификации и электроснабжения

ОАО «Российские железные дороги». - М.:

Таблица сопротивлений СТЭ за-

• не

учитывается

несинусоидаль-

ТРАНСИЗДАТ, 2005. - 216 с.

4. Расчет пропускной способности электри-

полняется таким же образом, как

ность тока и напряжения;

фицированных железных дорог. Программа

и таблица сопротивлений СВЭ, за ис-

• трехфазные сети внешнего

на ЭВМ. Свид. о гос. регистрации в Роспатенте

ключением номеров узлов: за номе-

электроснабжения условно симме-

№ 2008615261 от 31.10.2008 г. Правооблада-

тель - ОАО «РЖД». Автор - Марский В. Е.

ром узла следует буква, указывающая

тричные;

5. Сравнение методов расчета системы тяго-

на то, к какой фазе данного узла под-

• зарядная мощность ЛЭП-110

вого электроснабжения при разных способах

соединена ветвь тяговой сети (напри-

(220) кВ учитывается в П-образной

учета параметров внешней сети / Л. А. Герман,

мер, начало 4а, конец 5а).

схеме замещения линии.

К. В. Кишкурно // Вестник ВНИИЖТ, 2013, № 1,

с. 16-21.

Коэффициенты трансформации

Потери холостого хода трансфор-

6. Автоматизация систем электроснабжения:

задаются в относительных едини-

матора реализуются путем подключе-

учебник для вузов ж/д трансп. Под ред. Н. Д. Су-

цах, как отношение действительного

ния к первичной обмотке трансформа-

хопрудского. - М.: Транспорт, 1990. - 359 с.

коэффициента трансформации к но-

тора активного и реактивного токов,

7. Крон Г. Тензорный анализ сетей. - М.: Сов.

радио. 1978.

минальному. По умолчанию таблица

рассчитанных по потерям активной

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

заполнена значениями номиналь-

и реактивной мощностей холостого

задач тягового электроснабжения перемен-

ных коэффициентов трансформации,

хода трансформатора при номиналь-

ного тока на ЭВМ. Уч. пособие. - М.: МИИТ,

равных 1 (рис. 1) [2].

ном напряжении. С целью уточнения

2010, 59 с.

Свидетельство

Роспатента

РФ

Программа позволяет в любой

целесообразно при расчете факти-

№ 2014612195 от 28.10.13. о государствен-

точке тяговой и внешней сетей задать-

ческих напряжений трансформатора

ной регистрации программы для ЭВМ «Про-

ся нагрузкой по каждой фазе, про-

пересчитать потери холостого хода.

грамма совместного расчета систем тягового

ставив соответствующие значения

и внешнего электроснабжения РАСТ-05К» /

Герман Л. А., Попов Д. С., Кишкурно К. В.

в поле «Задающие токи»; установка

Выводы

поперечной емкостной компенсации

1. Матрица связи С позволяет

Кишкурно Константин Вячеславович - ро-

формируется или задающим током,

в расчетных матричных выражениях

дился в 1991 году. В 2012 году окончил Мо-

или сопротивлением; установка про-

выделить вектор токов подстанции

сковский институт инженеров транспорта

(МИИТ) по специальности «Электроснабже-

дольной емкостной компенсации за-

и выполнять с ним все дальнейшие

ние железных дорог». В настоящее время яв-

дается емкостным сопротивлением.

преобразования.

ляется аспирантом кафедры «Энергоснабже-

В результате расчетов на выходе

2. С помощью применения матри-

ние электрических железных дорог» Москов-

программы формируется матрица

цы связи C сформировано выражение

ского государственного университета путей

сообщения. Имеет 4 статьи, 1 патент.

узловых сопротивлений системы

потерь мощности для совместного

электроснабжения, выводятся по фа-

расчета систем тягового и внешнего

Kishkurno Konstantin - was born in 1991. In

зам напряжения всех заданных узлов,

электроснабжений с учетом уравни-

2012 he graduated from Moscow Institute of

а также данные о потерях мощности

тельного тока, установок поперечной

Transport Engineers (MIIT), speciality is «Railway

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

в СТЭ, в СВЭ и суммарные потери.

и продольной компенсаций и регули-

vanced student of «Electric railway roads power

В программе приняты следующие

рования напряжения трансформато-

supply» chair of Moscow State Railway Univer-

допущения:

ра тяговой подстанции.

sity. He has 4 articles, 1 patent.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2015

Стендовые испытания тяговых

электрических машин

методом самоторможения

// Bench tests of traction electrical machines by the self-retardation method //

Феоктистов В. П., д. т. н., профессор,

вызывают недопустимые вибрации

Литовченко В. В., к. т. н., доцент,

всего стенда и искажают результаты

Чуверин Ю. Ю., к. т. н., доцент,

испытаний.

Назаров Д. В., Малютин А. Ю.,

Этих недостатков можно из-

МГУПС (МИИТ), г. Москва

бежать, если использовать другой

метод испытаний, а именно метод

Рассмотрен метод стендовых испы-

The method of bench tests of powerful

самоторможения, который пока при-

таний мощных электрических машин

electrical machines when providing a rated

меняют только для определения ме-

при обеспечении номинальной на-

load in the dynamic mode is considered.

ханических потерь путем замера про-

грузки в динамическом режиме. Метод

The method is recommended for use in re-

цесса замедления испытуемой маши-

рекомендован для использования на

pair plants.

ны на выбеге [4]. Но этот метод можно

ремонтных заводах.

Keywords: electrical machines, direct cur-

использовать и для определения па-

Ключевые слова: электрические ма-

rent, tests bench, electromechanical char-

раметров электромеханических ха-

шины, постоянный ток, испытания

acteristics, self-retardation method, traction

рактеристик при приемо-сдаточных

стендовые, электромеханические

engines, diesel generators.

испытаниях. Обычно требуется кон-

характеристики, метод самоторможе-

троль только параметров номиналь-

ния, тяговые двигатели, тепловозные

ного режима: частоты вращения n

генераторы.

∼ ном ,

напряжения U

∼ ном и тока ∼ ном, а для ма-

Приемо-сдаточные испытания тя-

сторонней передачей вращающего

шин с независимым возбуждением,

говых двигателей постоянного тока

момента, так что в условиях стенда

кроме того, магнитного потока Ф_ном

мощностью до 1000 кВт на электро-

на другую машину можно передать

или тока возбуждения I_в-ном. Эти па-

машиностроительных и ремонтных

только половину максимально допу-

раметры указаны в техническом па-

предприятиях выполняют по методу

стимого момента, что ограничивает

спорте машины вместе с допусками

взаимной нагрузки [1, 2]. При этом

диапазон нагрузочных испытаний;

на них. Наиболее массовыми являют-

двигатели испытывают попарно, сое-

• при испытаниях методом вза-

ся приемо-сдаточные испытания на

диняя их валы муфтой, и при помощи

имной нагрузки на раму стенда, где

ремонтных предприятиях. При этом

вспомогательных машин малой мощ-

закреплены двигатели, действует

вполне достаточно контроля по точ-

ности обеспечивают работу одного

скручивающий момент рамной силы,

ке номинального режима, что позво-

из них в двигательном режиме, а дру-

а на каждый двига-

гого - в генераторном. Методика этих

тель - опрокиды-

испытаний хорошо отработана, но

вающий момент,

зафиксированы и отдельные ее недо-

что требует созда-

статки, а именно:

ния массивной ме-

• в практике тягового электропри-

таллоемкой кон-

вода широко используют мощные

струкции и слож-

электрические машины односторон-

ной трудоемкой

него вращения, например, главные

системы крепле-

генераторы [3] тепловозов, у которых

ния каждого дви-

комплекты щеток установлены под

гателя на раме;

острым углом по отношению к кол-

•

соединение

лектору. При соединении двух таких

валов испытуемых

машин одна из них будет вращаться

двигателей между

в «неправильную» сторону, так что

собой при помощи

для испытаний такого генератора

муфты требует со-

нужно использовать в качестве дви-

блюдения жестких

гателя машину другого типа;

требований по со-

• тяговые двигатели электровозов

осности; иначе ра-

имеют мощность до 1200 кВт с двух-

диальные биения Рис. 1. Схема испытательного стенда.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2015

ляет выявить ошибки технологии ре-

минальную, то есть n₀> n_н и Ф = Ф_н.

(6)

монта, определить качество сборки,

Для реализации этого этапа выклю-

например, монтажа полюсов, щетко-

чают контактор ВР и выключают ВТ,

держателей, зазоры в подшипниках

образуя контур реостатного тормо-

где величину отрицательной про-

и в магнитной системе машины, в том

жения с гашением кинематической

изводной от кривой i_я(t) при n = n_H

числе эксцентриситет.

энергии вращающейся машины.

вычисляют при помощи блока ре-

Указанный контроль предложе-

Процесс замедления описывается

гистрации БР. Хотя это вычисление

но реализовывать в схеме стенда

уравнениями [5]

добавки можно выполнить заранее

по рис. 1, где в качестве примера

путем решения системы уравнений

показан тепловозный генератор Г,

(3) для конкретного типа испытуе-

то есть машина постоянного тока

мых машин, но экспериментальным

(3)

с независимым возбуждением. На

путем это сделать проще.

стенде его обмотку возбуждения

Изменение контролируемых па-

ОВ питают от низковольтного вы-

раметров (4) в процессе самотормо-

жения испытуемой машины осущест-

прямителя В1, устанавливая но-

2π

ω=

вляют по кривым, показанным на

минальное значение тока возбуж-

где

- угловая частота враще-

рис. 2. Конкретно при

блок БР

дения I_В. Далее реализуют разгон

ния, рад/с; М - вращающий момент;

регистрирует значения напряжения

испытуемой машины, подключая

e - ЭДС; r_Я, l_Я - активное сопротивле-

U_я(t_H), i_я(t_H), а также определяет про-

к ее якорной обмотке Я источник

ние и индуктивность обмотки якоря.

напряжения - выпрямитель В2 -

Поскольку цель испытаний заклю-

изводную ^Я

в точке t = t_н. Для опре-

путем замыкания выключателя ВР

чается в проверке точки номиналь-

деления истинного значения входно-

(при отключенном выключателе

ного режима

ВТ). При этом происходит разгон

го напряжения в точке статического

n_H; U_H; I_H;

(4)

номинального режима необходимо

машины Г на холостом ходу до по-

выполнить вычисление генерируе-

вышенной частоты вращения n

то в соответствии с параметрами этой

∼ 0, ко-

мого напряжения по формуле

торая должна быть несколько выше

точки сопротивление реостата долж-

номинальной, то есть

но быть

(7)

+ΔU

(1)

(5)

IН

которая аналогична ранее приве-

Для этого необходимо напряже-

где

∆U_Д - динамическая добавка

денной формуле (6). Таким образом

ние U_яо,близкое к номинальному на-

к выходному напряжению U_Н, обу-

определяют три базовые точки (4), ха-

пряжению генератора

словленная динамикой переходного

рактеризующие номинальный режим

процесса, что отражено в последнем

испытуемой машины. Формула (7) по-

(2)

уравнении системы (3).

зволяет исключить неточность, воз-

где е_о - ЭДС в якорной обмотке, r_Я -

Исходя из указанного, выход-

никающую из-за динамического ре-

активное сопротивление якорной

ное напряжение генератора в точке

жима; при этом важно, что испытания

обмотки.

номинального режима фактически

проводятся в генераторном режиме

Но при этом ток IЯО в рассматри-

должно быть

при постоянном магнитном потоке.

ваемом режиме разгона не превы-

шает 3-4% от номинального значе-

ния тока машины; он должен соот-

ветствовать потерям холостого хода.

Таким образом, стенд не потребляет

из силовой сети значительной мощ-

ности. При испытаниях генераторов

мощностью 3 МВт из трехфазной сети

3 х 380 В через трансформатор Т_Р

потребляется не более 35 кВт. Блок

регистрации показаний датчиков

напряжения ДН и тока ДТ, а также та-

хогенератора ТГ подключен к одно-

фазной сети 220 В. В качестве БР ис-

пользуют персональный компьютер

с типовой программой EXPERIMENT.

Действия, рассмотренные выше,

относятся к подготовительному этапу

испытаний.

Основной этап рассматриваемых

испытаний начинается, когда часто-

Рис. 2. Изменение частоты вращения n

∼ , напряжения Uя и тока iя

та вращения машины превышает но-

в процессе самоторможения.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2015

Аналогичным образом испыта-

дов с импульсным регулированием». Опыт

ского государственного университета путей

ния тяговых двигателей тоже нужно

работы - 49 лет. В настоящее время работает

сообщения (МИИТ).

проводить при независимом воз-

профессором кафедры «Электропоезда и ло-

буждении, устанавливая ток воз-

комотивы» Московского государственного

Feoktistov Valeriy - was born in 1939. In 1961 he

буждения равным номинальному.

университета путей сообщения (МИИТ). За-

graduated from Moscow State Railway University

При необходимости полученные

служенный работник Высшей школы. Имеет

(MIIT). He is a Doctor of Engineering, professor. In

параметры могут быть пересчитаны

4 монографии (в соавторстве), свыше 100 ав-

1982 he defended the thesis on the topic: «Con-

на двигательный режим с учетом со-

торских свидетельств и патентов, более 300

trol of modes of electric trains with pulse regu-

противления обмоток.

научных трудов.

lation». Work experience is 49 years. At present

he works as a professor of «Electrical trains and

Выводы

Литовченко Виктор Васильевич

- вы-

locomotives» chair of Moscow State Railway Uni-

1. Метод самоторможения позво-

пускник Московского института инжене-

versity (MIIT). He is an honoured worker of higher

ляет выполнять экспресс-контроль

ров транспорта

(1969 год, специальность

school. He has 4 monographs (co-authorship),

мощных электрических машин посто-

«Электровозостроение»). В 1974 году защи-

more than 100 author’s certificates and patents,

янного тока с определением параме-

тил кандидатскую диссертацию на тему: «Ис-

more than 300 scientific works.

тров электромеханических характе-

следование электромагнитных процессов

ристик в номинальном режиме.

в силовых цепях электроподвижного состава

Litovchenko Viktor

- graduate of Moscow

2. Метод самоторможения реко-

переменного тока с асинхронными тяговыми

State Institute of Transport Engineers

(1969,

мендуется для тепловозных гене-

двигателями». Кандидат технических наук.

speciality «Building of locomotives»). Since 1974

раторов, которые не могут быть ис-

В настоящее время является доцентом кафе-

is Ph. D. in technical sciences with the disserta-

пытаны на типовом стенде методом

дры «Электропоезда и локомотивы» Москов-

tion paper: «Electromagnetic processes research

взаимной нагрузки.

ского государственного университета путей

in power circuits of AC tractive electric rolling

сообщения (МИИТ).

stock with asynchronous traction drive». Now

Литература:

is an associate professor of the chair «EMUs and

1. ГОСТ

11828-86. Машины электрические

Чуверин Юрий Юрьевич

- родился

locomotives» of Moscow State Railway Univer-

вращающиеся. Общие методы испытаний.

в 1945 году. В 1967 году окончил МИИТ. Кан-

sity (MIIT).

2. Жерве Г. К. Промышленные испытания

дидат технических наук, доцент Московского

электрических машин. Л.: Энергоиздат, 4-е

государственного университета путей со-

Chuverin Yuri - was born in 1945. In 1967 he

изд., 1984, 408 с.

общения (МИИТ).

graduated from the MIIT. Associate Professor,

3. Рудая К. И. Электрическое оборудование те-

Ph. D., Moscow State University of Railway En-

пловозов. М.: Транспорт, 5-е изд., 1981, 287 с.

Назаров Дмитрий Валерьевич - родился

gineering (MIIT).

4. Котеленец Н. Ф. Испытания, эксплуатация

в 1988 году. В 2012 году окончил Московский

и ремонт электрических машин. М.: Издатель-

государственный университет путей сообще-

Nazarov Dmitriy - was born in1988. In 2012

ство Академия, 2004, 384 с.

ния (МИИТ) по специальности «Электриче-

he graduated from Moscow State University of

5. Копылов И. П. Математическое моделиро-

ский транспорт железных дорог». В настоя-

Railway Engineering (MIIT) with specialization in

вание электрических машин. М.: Высшая шко-

щее время работает инженером 1-й катего-

«Electrical transport of rail roads». At present he

ла, 2001, 381 с.

рии и учится в аспирантуре МГУПС (МИИТ).

works as a first category engineer and pursues

postgraduate studies in MSURE (MIIT).

Феоктистов Валерий Павлович - родился

Малютин Артём Юрьевич

- родился

в 1939 году. В 1961 году окончил Московский

в 1991 году. В 2013 году окончил Москов-

Malyutin Artyom - was born in 1991. Graduat-

государственный университет путей сообще-

ский государственный университет путей

ed from Moscow State Railway University (MIIT)

ния (МИИТ). Доктор технических наук, про-

сообщения (МИИТ) по специальности «Элек-

with speciality «Electric transport of railways»

фессор. В 1982 году защитил диссертацию по

трический транспорт железных дорог». В на-

in 2013. Now is being a postgrade student if of

теме: «Управление режимами электропоез-

стоящее время является аспирантом Москов-

Moscow State Railway University (MIIT).

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2015

Производство водорода с помощью

систем рекуперации энергии на борту

транспортного средства

// Hydrogen production using energy recovery systems on board the vehicle //

Овсянников Е. М., д. т. н., профессор,

ния бензина и дизельного топлива

Клюкин П. Н., к. т. н.,

составляет 42-44 МДж/кг, а метана -

МГТУ «МАМИ», г. Москва

50 МДж/кг, то есть более чем в два

раза меньше, чем у водорода. Такой

Акимов А. В.,

показатель, как удельная теплота

ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ», г. Москва

сгорания, влияет на удельный рас-

В данной работе рассмотрены науч-

In this article different scientific-research

ход топлива, тем самым дает возмож-

ные исследования и проведенные экс-

works and conducted experiments on ap-

ность увеличить энерго-мощностные

перименты по применению водорода

plication of oxyhydrogen gas on the board

характеристики двигателя внутрен-

на транспорте с целью повышения

of transport vehicles with the purpose to

него сгорания. Помимо этого, водо-

энергоэффективности двигателей

improve the internal combustion engines

род является активатором снижения

внутреннего сгорания. Предлагаются

efficiency and reduce fuel consumption

выбросов NO_xв составе отработав-

модель установки электрохимического

were considered. A model of electrochemi-

ших газов, что немаловажно при те-

генератора водорода на борту транс-

cal hydrogen generator installation on the

кущем ужесточении экологических

портного средства и технические меры

vehicle’s board and technical measures for

стандартов, регулирующих содер-

для коррекции алгоритма системы

the correction control algorithm are sug-

жание вредных веществ в составе

управления двигателем.

gested.

отработавших газов. Так, например,

Ключевые слова: системы регенерации

Keywords: еnergy regeneration systems,

было установлено положительное

энергии, электролизер, гидроксигаз.

electrolyzer, oxyhydrogen.

влияние водорода на процессы окис-

Потребность в увеличении мощ-

В условиях рыночной экономики

ления и выделение сажи в дизельных

ности двигателей внутреннего сго-

и высокой конкуренции среди авто-

двигателях. Наличие водорода в зоне

рания и снижении выбросов ток-

производителей необходимы новые

реакции и горения топливно-воздуш-

сичных веществ в составе отрабо-

технические решения и предложения

ной смеси сопровождается окисли-

тавших газов предопределила раз-

по применению электрической энер-

тельно-восстановительными реакци-

витие систем рекуперации энергии

гии, получаемой вследствие рекупе-

ями азота [9]

на транспорте. В настоящее время

рации энергии на транспорте. Они

(1)

практически все системы рекупе-

должны соответствовать высоким

рации энергии на транспорте выра-

стандартам качества технического

Необходимо также отметить, что,

батывают электрическую энергию,

исполнения и безопасности эксплуа-

по результатам проведенных иссле-

которую используют для повыше-

тации, а также рентабельности приме-

дований [10], наряду со снижением

ния энергоэффективности силовых

нения на транспорте.

выбросов NO_xпри порционной до-

агрегатов транспортных средств.

Одним из наиболее перспектив-

бавке продуктов конверсии метано-

Наиболее эффективными и эконо-

ных направлений является произ-

ла ~10% (с содержанием водорода ~

мически оправданными системами

водство

(на борту транспортного

1,25%) в топливно-воздушную смесь

регенерации энергии на транспорте

средства) и применение водорода,

дизельного двигателя наблюдалось

являются [7]:

а также химических газовых соедине-

снижение содержания сажи в со-

• система рекуперации энергии

ний на его основе в качестве топлива

ставе отработавших газов на 45% во

торможения (KERS);

или добавки к топливно-воздушной

всем диапазоне нагрузочных режи-

• система регенерации тепло-

смеси, подаваемой в камеры сгора-

мов дизельного двигателя.

вой энергии в системе выпуска от-

ния ДВС.

В связи с вышеизложенным водо-

работавших газов по циклу Ранкина

Ожидаемая эффективность от

род по праву считается одним из наи-

(Rankine cycle);

применения водорода объясняется

более перспективных энергоносите-

• система регенерации кинетиче-

высоким значением его удельной те-

лей для масштабного использования

ской энергии (турбоэлектрогенера-

плоты сгорания (120 МДж/кг) среди

на транспортных средствах, однако

тор) в системе выпуска отработавших

веществ, использующихся в качестве

существует ряд проблем, которые не-

газов;

энергоносителей и применяющихся

обходимо отметить:

• термоэлектрический генератор

на настоящий момент времени. Для

• отсутствие развитой инфра-

на эффекте Зеебека (Seebeck effect).

сравнения удельная теплота сгора-

структуры для хранения водорода

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2015

с целью дозаправки транспортных

ко он дал старт новым инженерным

ждается выделением кислорода О₂

средств, использующих водород

решениям, которыми занялись по

на аноде и водорода H₂- на катоде.

в качестве топлива;

всему миру, что подтверждает боль-

Таким образом, на выходе мы име-

• относительно высокая стоимость

шое количество патентной докумен-

ем смесь газов в соотношении 2:1,

производства чистого водорода;

тации по этой тематике.

то есть 2 атома водорода к одному

• неблагоприятное воздействие

Изучив опыт западных автопро-

атому кислорода. Ниже (2) приве-

на окружающую среду производ-

изводителей и научных центров,

дена химическая формула данного

ственных мощностей, производящих

можно привести перечень перво-

процесса.

чистый водород, ввиду использо-

очередных мер, необходимых для

(2)

вания технологии паровой конвер-

реализации применения водорода

Реакция на катоде:

сии природного газа или нефтяных

на транспорте:

фракций;

• замещение газобаллонного обо-

• высокие требования по безопас-

рудования для хранения и перевозки

Реакция на аноде:

ности к техническому исполнению

водородного топлива на борту транс-

оборудования для перевозки, хра-

портного средства на оборудование,

нения и подачи водорода в камеры

способное производить водород на

В целях обеспечения необхо-

сгорания ДВС.

борту транспортного средства;

димой производительности

(газо-

Одной из первых в области при-

• прямая подача водорода во

выделения) пластины разной по-

менения водородной энергетики

впускной коллектор или камеры сго-

лярности собираются в отдельные

на транспорте была и остается ком-

рания ДВС, исключающая наличие

кассеты и соединяются последова-

пания BMW со своей разработкой

емкостей для его хранения, за исклю-

тельно, при этом учитываются их

битопливного автомобиля BMW

чением фильтров тонкой очистки.

полярность, покрытие и габаритные

Hydrogen 7. Необходимо отметить

Этим требованиям удовлетворя-

размеры. Такое устройство в сборе

весомый вклад инженеров в этой

ет метод производства водородной

и представляет собой электроли-

области. Именно компания BMW на-

смеси посредством электрохимиче-

зер. Электролит для электролизера

глядно показала своим проектом

ского преобразования воды, то есть

представляет собой разбавленную

Clean Energy, что современных тех-

электролиза воды. Суть данного

высококонцентрированную щелочь

нологических возможностей более

метода заключается в протекании

(как правило, гидроксид натрия

чем достаточно для реализации та-

окислительно-восстановительных

NaOH) в водном растворе. Для боль-

ких перспективных задач по заме-

реакций на электродах, погружен-

шей производительности электро-

щению углеводородного топлива.

ных в электролит (воду или хими-

лизера, работы в различных темпе-

К сожалению, проект оказался весь-

ческий раствор), при протекании

ратурных диапазонах с учетом спец-

ма дорогостоящим ввиду перечис-

через них постоянного электриче-

ифических особенностей местности

ленных выше проблем и в серийное

ского тока. При этом данный элек-

концентрация щелочи в электроли-

производство не был запущен. Одна-

трохимический процесс сопрово-

те поддерживается в определенном

Рис. 1. Схема установки электролизера и его компонентов совместно

с двигателем внутреннего сгорания: 1 - электролизер; 2 - резервуар с электролитом; 3 - фильтр тонкой отчистки газа;

4 - штуцер подачи газа во впускной коллектор; 5 - дроссельная заслонка; 6 - модуль зажигания.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2015

соотношении, установленном эмпи-

влияния добавки водорода к бензо-

• отсутствие емкостей для хра-

рическим путем.

воздушной смеси сжиженных угле-

нения гидроксигаза существенно

Вырабатываемый таким обра-

водородных газов было выявлено,

увеличивает безопасность использо-

зом газ называется гидроксигазом

что добавка 5% водорода к топлив-

вания электролизера на борту транс-

(англ. HHO Gas или Oxyhydrogen),

но-воздушной смеси увеличивает

портного средства.

в научной литературе для данного

распространение фронта пламени

Выработка водорода при помощи

газа используется термин «газ Брау-

в камере сгорания на 60-70% при

электролизера на борту транспорт-

на», названный в честь болгарского

различных значениях стехиометри-

ного средства - это энергозатратный

ученого Юллома Брауна, который

ческого соотношения смеси (поддер-

процесс. Так, например, для макси-

одним из первых запатентовал свою

живаемых в пределах α = 1). Также

мальной производительности элек-

модель электролизера, способного

было отмечено, что при наличии до-

тролизера (2-2,5 л/мин) на борту лег-

вырабатывать данный газ. Ниже (3)

бавки водорода в составе топливно-

кового автомобиля с рабочим объ-

приведена формула образования

воздушной смеси повышалась ста-

емом двигателя 1,5-2,5 литра потре-

газа для электролизера с щелочным

бильность воспламенения смеси [4].

бляемая мощность составит около

электролитом.

Детонация, вызванная таким об-

400 Вт электрической энергии (сила

разом, может привести к быстрому

тока составляет около 30 А). Однако

(3)

выходу из строя механических эле-

иностранные разработчики подоб-

Реакция на катоде:

ментов и узлов двигателя. Поэтому

ных систем фиксируют уменьшение

в бензиновых двигателях необходи-

расхода топлива на транспортных

Реакция на аноде:

мо осуществить коррекцию углов

средствах, где электролизер получа-

опережения зажигания (УОЗ) на со-

ет питание от штатной системы энер-

ответствующих режимах работы ДВС,

госнабжения без вмешательства в ее

На рис. 1 изображена схема уста-

а на дизельных двигателях - углов

конструкцию.

новки электролизера, где вырабаты-

впрыска топлива.

В этой связи предлагается по-

ваемый газ из электролизера (поз. 1)

Как указывалось ранее, электро-

давать питание на электролизер от

отводится через соединительную ма-

лизеры для транспортных средств

установленной на борту транспорт-

гистраль к резервуару с электроли-

имеют различную производитель-

ного средства системы рекуперации

том (поз. 2) и далее подается на фильтр

ность. Для двигателей различного

энергии. В одном из вариантов это

тонкой отчистки (мембрана, поглоща-

объема и вида применяемого топли-

турбоэлектрогенератор, устанавли-

ющая аэрозольную взвесь электроли-

ва необходимо подобрать электро-

ваемый в системе выпуска отрабо-

та) (поз. 3). После этого газ поступает

лизер соответствующей производи-

тавших газов, мощность которого

во впускной коллектор и камеры сго-

тельности. По данной тематике было

в режиме «генератора» составляет

рания ДВС через штуцер подачи газа

произведено множество экспери-

до 10% от мощности двигателя на

во впускной коллектор (поз. 4).

ментов и опытов, например, согласно

повышенных оборотах ДВС [9]. Тем

В данном случае гидроксигаз вы-

экспериментальным исследованиям

самым, не отбирая мощности у ДВС,

ступает в качестве добавки к топлив-

турецких ученых [5], использование

можно обеспечить электролизер

но-воздушной смеси. Газовая смесь,

электролизера с производитель-

электрической энергией. И таким

подаваемая во впускной коллектор

ностью от 20 л/час для двигателей

образом, преобразовывая тепловую

за счет создаваемого разряжения,

с рабочим объемом 1,5-3,0 литра

энергию отработавших газов в элек-

затягивается в камеры сгорания

в городском цикле дало значитель-

трическую энергию, можно выраба-

и сгорает с рабочим телом топлив-

ное снижение расхода топлива для

тывать гидроксигаз с высоким содер-

но-воздушной смеси. Как ранее было

испытываемых автомобилей от 25%

жанием водорода. В настоящее вре-

отмечено, за счет высокой удельной

и более.

мя группой авторов ведется работа

теплоты сгорания водорода процесс

Ввиду вышеизложенного, посред-

по созданию и проверке алгоритма

сгорания ускоряется после воспла-

ством использования предложенной

управления турбоэлектрогенерато-

менения рабочего тела топливно-

схемы и электролизера можно одно-

ром и электролизером и управления

воздушной смеси. Топливно-воздуш-

значно сделать следующие выводы:

вышеописанного процесса.

ная смесь сгорает в большем объеме,

• не внося существенных измене-

за счет чего наблюдаются повышение

ний в конструкцию системы топли-

Литература:

энергоэффективности сгорания сме-

воподачи ДВС, можно добиться оп-

1. Физическая энциклопедия / Д. М. Алексе-

си в камерах сгорания и снижение

тимальной компоновки и установки

ев, А. М. Балдин и др., под общ. ред. А. М. Про-

выбросов токсичных веществ. Одна-

электролизера и его компонентов

хорова.

- М.: Советская энциклопедия,

ко вследствие повышения горючести

(рис. 1);

1999. - Т. 5.

топливно-воздушной смеси, подава-

• в случае применения пред-

2. Гельфанд Б. Е., Попов О. Е., Чайванов Б. Б. Во-

емой в камеры сгорания ДВС, на не-

ложенной схемы на транспортных

дород: параметры горения и взрыва. - М.:

которых режимах работы двигателя

средствах с электронным блоком

Физматлит, 2008.

может появиться детонация при сго-

управления двигателем необходима

3. Общая химическая технология. Под ред.

рании топлива.

коррекция таблиц углов опережения

И. П. Мухленова. Учебник для химико-техно-

Так, например, в ходе проведен-

зажигания и впрыска для различных

логических специальностей вузов. - М.: Выс-

ных исследований в ВГТУ при оценке

режимов работы ДВС;

шая школа, 1984.

Электроснабжение

и электрооборудование

№ 4 2015

4. Улучшение процесса сгорания сжиженного

технический журнал «Транспорт на альтерна-

ности

«Электрооборудование автомобилей

углеводородного газа добавками водорода

тивном топливе», № 3 (21) / 2011 г.

и тракторов». Опыт работы - 5 лет. В настоя-

/ Е. А. Федянов [и др.] // Молодой ученый. -

11. Овсянников Е. М., Долбилин Е. В., Коше-

щее время работает инженером-электрони-

2013. - № 3. - С. 111-114.

ляев Е. М. Электрооборудование автотран-

ком 1-й категории в ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ».

5. Смоленский В. В., Смоленская Н. М., Шай-

спортных средств с тяговыми электроприво-

кин А. Г. Влияние добавки водорода на про-

дами. - М.: Палеотип, 2010.

Ovsyannikov Evgeniy - was born in 1948. In

цесс горения в бензиновых двигателях с ис-

1974 graduated from Moscow Power Institute,

кровым зажиганием / Прогресс транспорт-

Овсянников Евгений Михайлович - родил-

specialization is «Electric drive». Doctor of Engi-

ных средств и систем - 2009: Материалы

ся в 1948 году. В 1974 году окончил Москов-

neering, professor. In 2003 he defended Doctor-

Международной научно-практической кон-

ский энергетический институт по специаль-

ate thesis, the theme is: «Land-based and space-

ференции.

ности «Электропривод». Доктор технических

based solar station electric drivers. Theory and

6. Z. Dulger, K. R. Ozcelic. Fuel economy em-

наук, профессор. В 2003 году защитил доктор-

practice». Job experience is 40 years. At present

provement by on a board electrolytic hydrogen

скую диссертацию по теме: «Электроприводы

is working as professor of «Electrical engineer-

production (Internation Journal of Hydrogen

гелиоустановок наземного и космического

ing» department in MGTU «MAMI». The author

Energy, 2000).

базирования. Теория и практика». Опыт рабо-

of more than 80 scientific and methodological

7. Регенерация энергии для повышения эф-

ты - 40 лет. В настоящее время работает про-

works, 16 author›s certificates and invention

фективности силовой установки гибридных

фессором кафедры «Электротехника» МГТУ

patents, 2 monographs.

автомобилей

/ В. М. Власов, П. Н. Клюкин,

«МАМИ». Имеет более 80 научных и методи-

В. Н. Полякова // Научно-производственный

ческих трудов,

16 авторских свидетельств

Klyukin Pavel - was born in 1981. In 2003 he

журнал «Автотранспортное предприятие» -

и патентов на изобретение, 2 монографии.

graduated from MGTU «MAMI» with special-

март 2013.

ization in

«Automobile and tractor electrical

Компаундный турбоэлектрогенератор

Клюкин Павел Николаевич

- родил-

equipment». He is a candidate of Engineering

в системе выпуска отработавших газов

ся в 1981 году. В 2003 году окончил МГТУ

Sciences. In 2006 he defended a Candidate the-

П. Н. Клюкин, Е. М. Овсянников, А. В. Акимов

«МАМИ» по специальности «Электрообору-

sis in the subject: «Rod coils of petrol engine

// Известия МГТУ «МАМИ». Научный рецензи-

дование автомобилей и тракторов». Канди-

microprocessor control systems». His work ex-

руемый журнал. Серия «Транспортные сред-

дат технических наук. В 2006 году защитил

perience is 10 years. At present he is associate

ства и энергетические установки». - М.: МГТУ

кандидатскую диссертацию по теме: «Стерж-

professor of ATE department in MGTU «MAMI»,

«МАМИ», № 1 (19), 2014.

невые катушки микропроцессорных систем

development director of the «Engineering cen-

9. Теоретические и экспериментальные иссле-

управления бензиновым двигателем». Опыт

ter «SMART» LLC. He has more than 20 publica-

дования работы двигателя на дизельно-водо-

работы - 10 лет. В настоящее время - до-

tions, including methodological guides with

родных топливных композициях / В. Ф. Ка-

цент кафедры АТЭ МГТУ «МАМИ», директор

UMO stamp.

менев, В. М. Фомин, Н. А. Хрипач // Междуна-

по развитию ООО «Инжиниринговый центр

родный научный журнал

«Альтернативная

«СМАРТ». Имеет более 20 публикаций, в том

Akimov Aleksandr - was born in 1992. In 2013

энергетика и экология» АЭЭ, № 7 (27), 2005.

числе методические пособия с грифом УМО.

he graduated from MGTU «MAMI» with special-

10. Водород как химический реагент в ки-

ization in

«Automobile and tractor electrical

нетическом механизме образования угле-

Акимов Александр Вячеславович - родил-

equipment». His work experience is 5 years. At

рода в дизеле / В. М. Фомин, Р. Р. Хакимов,

ся в 1992 году. В 2013 году окончил Универ-

present he works as electronic engineer of the

Д. М. Шевченко // Международный научно-

ситет машиностроения (МАМИ) по специаль-

1 category in SSC RF FSUE «NAMI».

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 4 2015

Качественный анализ эффективности

применения различных топологий

преобразователей в бортовых

электроприводах

// Qualitative analysis of application effectiveness of used for airborne electric

drives converters various topologies //

Волокитина Е. В.

, к. т. н.,

управления, а также потери в преоб-

АО «Электропривод», г. Киров

разователе и электродвигателе.

В авиационном электроприводе

Смирнов Д. С., Хорошавин В. С., д. т.н., профессор,

для питания управляющих цепей ис-

Охапкин С. И., к. т.н., доцент,

пользуется сеть постоянного тока

ГОУ ВПО «Вятский государственный университет», г. Киров

напряжением 27 В, а для питания си-

ловых цепей - сеть переменного тока

В статье приведены наиболее перспек-

The article presents the review and compari-

напряжением 115/200 В постоянной

тивные топологии преобразователей

son of most advanced topologies of fre-

(400 Гц) или переменной (360-800 Гц)

частоты для управления авиационны-

quency converters, used for control of 0,5 to

частоты. Как правило, мощность

ми электродвигателями с мощностью

50 kW electric motors, qualified for airborne

авиационных электроприводов со-

от 0,5 до 50 кВт, а также проведено их

applications. Taking as a basis this analysis,

сравнение по ряду параметров. На осно-

conclusions about optimal configuration

ставляет от 0,5 до 50 кВт. Для работы

вании проведенного анализа делаются

of power section of multipurpose converter

в заданном диапазоне напряжений

выводы об оптимальных конфигурациях

was made.

и мощностей целесообразно исполь-

силовой части преобразователя для

Keywords: frequency converter, converter

зование стандартных типов полупро-

систем различного назначения.

topology, inverter, matrix converter, electro-

водниковых приборов: диодов и ти-

Ключевые слова: преобразователь ча-

drive, ballast resistor, dynamic losses, static

ристоров в выпрямителе и БТИЗ/МОП

стоты, топология преобразователя,

losses, electromagnetic disturbance.

транзисторов в инверторе.

инвертор, матричный преобразова-

Рассмотрим возможные тополо-

тель, электропривод, балластный рези-

гии преобразователей частоты для

стор, динамические потери, статиче-

управления

высокоскоростными

ские потери, электромагнитная помеха.

электрическими машинами. Имеются

два подхода к построению подобных

В настоящее время благодаря не-

трической машиной и сетью, который

преобразователей: преобразователь

прерывно возрастающим возможно-

служит для изменения частоты, фазы

частоты с непосредственной связью

стям электроприводов, являющихся

и амплитуды питающей сети в соот-

(ПЧНС/НПЧ) и преобразователь ча-

основными приемниками электро-

ветствии с алгоритмом управления

стоты со звеном постоянного тока

энергии на борту летательных аппа-

двигателем.

(ПЧ ЗПТ). В первом случае произво-

ратов (ЛА), на самолетах нового поко-

В связи с жесткими требованиями

дится прямая коммутация фаз пита-

ления растет мощность потребления

по массе и габаритам, предъявляемы-

ющей сети на обмотки электродвига-

электрической энергии.

ми к авиационным электроприводам,

теля за счет двунаправленных тран-

Новое поколение авиационных

целесообразно выполнить анализ

зисторных ключей. Промежуточного

электроприводов реализуется на ос-

различных конфигураций AC/AC пре-

выпрямления тока и использования

нове вентильных электродвигателей

образователей. Во внимание следует

накопителей (дросселей и конден-

постоянного тока (ВДПТ) с возбужде-

принять размеры элементов силовой

саторов) не предусматривается. Во

нием от постоянных магнитов (ПМ).

части системы, сложность системы

втором случае, напротив, энергия

Такая тенденция обусловлена пре-

имуществами ВДПТ и бурным ростом

вычислительной мощности микро-

электроники, а также возможностью

интеграции электродвигателей с си-

ловым преобразователем.

Современный

электропривод

с интеллектуальным управлением

включает в себя ряд ключевых функ-

циональных элементов. В первую

очередь силовой AC/AC преобразо-

ватель, расположенный между элек-

Рис. 1. Неуправляемый выпрямитель со звеном постоянного тока и балластной цепью.

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 4 2015

проходит через выпрямитель, звено

зволяет добиться заметного улучше-

теля, а качество потребления тока

постоянного тока и инвертор. В пода-

ния массогабаритных показателей

может быть улучшено за счет актив-

вляющем большинстве ПЧ ЗПТ сину-

электропривода, а также обеспечить

ного или пассивного ККМ. Возмож-

соидальный ток в обмотках электро-

функциональную гибкость системы.

ность рекуперации может быть обе-

двигателя обеспечивается за счет

Общие достоинства преобразо-

спечена использованием полностью

широтно-импульсной

модуляции

вателей частоты со звеном постоян-

управляемого выпрямителя-инвер-

(ШИМ). Подобные преобразователи

ного тока:

тора с собственной системой контро-

должны содержать емкостный на-

• нечувствительность к низкому

ля. Все эти меры приводят к увеличе-

копитель энергии, необходимый для

качеству электроэнергии;

нию статических потерь и массы пре-

компенсации реактивной мощности

• высокая стойкость к импульс-

образователя, а также к снижению

электродвигателя. Существует мно-

ным перенапряжениям как по входу,

надежности. Целесообразность их

жество разновидностей конструкции

так и по выходу;

использования в авиационных элек-

ПЧ ЗПТ с различными видами выпря-

• возможность работы с полной

троприводах зависит от требований

мителей, корректоров коэффициен-

мощностью при обрыве одного ли-

к конкретной системе.

тов мощности (ККМ), балластных зве-

нейного провода;

По причине невозможности пере-

ньев и инверторов. Как правило, наи-

• сравнительно простые силовая

дачи энергии из ПЧ ЗПТ в сеть при

более сложной и мощной частью ПЧ

схема и система управления;

торможении электропривода или при

ЗПТ является инвертор. По этой при-

• малое количество требуемых ис-

работе ВДПТ в генераторном режиме

чине в дальнейшем рассматривает-

точников питания.

генерируемая энергия должна быть

ся следующая конфигурация ПЧ ЗПТ

Практически все достоинства

рассеяна внутри преобразователя

(рис.

1): неуправляемый мостовой

ПЧ ЗПТ объясняются наличием на-

при помощи балластных цепей. По-

выпрямитель без ККМ, балластная

копительного конденсатора с боль-

тери энергии в балластном резисторе

цепь на основе резисторов и трех-

шой энергоемкостью. При помощи

ПЧ ЗПТ можно рассчитать по формуле

фазные инверторы различных типов.

накопительной емкости могут быть

)⋅(ω

−ω

)

нач

кон

Далее оценивается матричная

скомпенсированы неравномерность

топология преобразователя частоты

поступления энергии от сети или не-

с непосредственной связью, а также

надлежащее ее качество.

M(ϕ)⋅dϕ

−

ΔE

(1)

различные варианты топологий ин-

Общие недостатки ПЧ ЗПТ:

⁺ ∫

верторов для работы в составе пре-

• возникновение ударного тока

образователей частоты со звеном по-

при подключении к сети;

где J_P - момент инерции ротора, кг·м²;

стоянного тока:

• высокий коэффициент нелиней-

J_H- приведенный к ротору момент

• двухуровневый инвертор;

ных искажений;

инерции нагрузки, кг·м²;

• трехуровневый инвертор с

• низкий коэффициент мощности;

ω_нач - начальная угловая скорость

Т-мостом;

• наличие массивных накопитель-

ротора, рад/с;

• двухтактный инвертор.

ных емкостей;

ω_кон - конечная угловая скорость

Максимальная выходная частота

• невозможность рекуперации

ротора, рад/с;

всех рассматриваемых преобразо-

энергии при торможении.

φ₁

- начальное положение

вателей не ограничена топологией.

Все эти недостатки могут быть

нагрузки;

Она зависит лишь от быстродействия

устранены за счет усложнения систе-

φ₂

- конечное положение

силовых ключей и допустимого уров-

мы. Ударный ток может быть ограни-

нагрузки;

ня динамических потерь. Повышение

чен за счет цепи предварительного

М(φ)

- помогающий момент

этой частоты во многих случаях по-

заряда и управляемого выпрями-

нагрузки, Н·м;

Рис. 2. Спектр напряжения на транзисторе при коэффициенте

Рис. 3. Спектр напряжения на транзисторе при коэффициенте

заполнения 0,5.

заполнения 0,05.

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 4 2015

Рис. 4. Двухуровневый мостовой инвертор.

ΔЕ_С

- энергия, запасаемая

саций на силовом

в конденсаторах звена постоянно-

ключе и на нагрузке

го тока, Дж.

равна напряжению

Поскольку балластные цепи, как

в звене постоянного

Рис. 5. Трехуровневый инвертор с Т-образным мостом.

правило, реализуются с гистерези-

тока (+DC), что при-

сом по напряжению, дополнительно

водит к повышенным динамическим

помехи (от 1 до 300 МГц) преимуще-

запасаемая при торможении энергия

потерям в транзисторах [1], повы-

ственно создаются при обратном

находится в диапазоне

шенным потерям в электродвигате-

восстановлении антипараллельных

⋅ (U

−U

)

ле и большой мощности излучаемых

диодов инвертора [2].

отп

ΔE

(2)

C.min

помех. Кроме того, к прочности изо-

Уменьшить негативные эффекты

ляции электрической машины предъ-

от высокочастотной пульсации на-

⋅ (U

−U

)

ср

ΔE

(3)

являются более жесткие требования.

пряжения на нагрузке можно за счет

C.max

На рис. 2 и 3 показаны гармониче-

применения выходных LC-фильтров,

где С - емкость конденсаторов ЗПТ,

ские спектры напряжения на ключах

также известных как синус-фильтры.

Ф;

в режиме ШИМ при частоте модуля-

Размеры этих фильтров обратно

U_отп

- напряжение отпускания

ции 10 кГц, напряжении U_ЗПТ= 270 В,

пропорциональны несущей частоте

балласта, В;

токе нагрузки 10 А и различных ко-

ШИМ, однако при увеличении часто-

U_ср

- напряжение срабатывания

эффициентах заполнения. Модели-

ты растут и динамические потери

балласта, В;

рование проведено в пакете Proteus

в инверторе. Таким образом, двух-

U_А - амплитуда линейного напря-

VSM с использованием модели ключа

уровневый инвертор относительно

жения питающей сети, В.

IRGP50B60PD1.

прост и надежен, но требует исполь-

Как правило, накопленная меха-

Как видно из графиков, IGBT-

зования ключей с малыми динамиче-

ническая энергия системы много-

транзисторами инвертора создаются

ским потерями.

кратно превышает энергоемкость

радиопомехи в диапазонах от сверх

Трехуровневый инвертор (рис. 5)

конденсаторов ЗПТ, поэтому при рас-

длинных (СДВ) до средних волн (СВ) -

является частным случаем много-

чете выделения тепла на балласте по-

от 10 кГц до 1 МГц. Напряжение помех

уровневого инвертора, в котором

следней можно пренебречь.

составляет до 45 дБмкВ на первой

имеются вспомогательные узлы си-

На сегодняшний день наибольшее

гармонике. Более высокочастотные

ловой цепи с потенциалами в интер-

распространение получили ПЧ ЗПТ

с двухуровневыми мостовыми ин-

верторами (рис. 4), имеющие сравни-

тельно простые структуру и систему

управления. Для управления шестью

силовыми ключами требуются четы-

ре гальванически изолированных

источника питания (ИП). В силовой

цепи ток последовательно протекает

через два диода и два транзистора

с суммарным падением напряжения

на них 4…6 В. Этим напряжением

определяются умеренные стати-

ческие потери в преобразователе.

Основной недостаток этой схемы -

высокий уровень пульсаций напря-

жения на нагрузке. Амплитуда пуль-

Рис. 6. Двухтактный (push-pull) инвертор.

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 4 2015

МПЧ наиболее эффективен при

работе с выходным напряжением,

близким к напряжению питания.

Основной недостаток топологии

большое количество ключей и ис-

точников питания. Для реализации

стандартного преобразователя ча-

стоты с питанием трехфазного элек-

тродвигателя от трехфазной сети

требуются восемнадцать силовых

ключей и шесть гальванически изо-

лированных источников питания. Тем

Рис. 7. Матричный преобразователь частоты:

не менее уровень статических потерь

а) схема коммутации; б) структура двунаправленного ключа.

близок к уровню двухуровневого ин-

вале между нулевым и полным на-

ния. Очевидное преимущество дан-

вертора. Количество полупроводни-

пряжением звена постоянного тока.

ной топологии - требуется лишь один

ков в токовой петле то же - два диода

В случае с трехуровневым инвер-

источник питания для управления

и два транзистора. В настоящее вре-

тором вспомогательный источник

всеми шестью ключами. Статические

мя многими компаниями ведутся ра-

+DC/2 создается за счет емкостного

потери также ниже, чем в двухуров-

боты [6, 7, 8] в направлении МПЧ, что

делителя напряжения. Для управле-

невом инверторе. Ток проходит через

объясняется улучшением качества

ния двенадцатью силовыми ключа-

два диода и один транзистор (общее

и снижением стоимости полупрово-

ми требуются пять изолированных

падение напряжения - 3…5 В). Недо-

дниковых ключей.

источников питания. В силовой цепи

статки схемы - повышенные омиче-

Статические потери в ПЧ ЗПТ мож-

ток последовательно протекает че-

ские потери в обмотках электродви-

но оценить по следующим формулам

рез три диода и два транзистора

гателя и увеличение массы кабеля.

[1, 9]

с суммарным падением напряжения

Амплитуда пульсаций напряжения на

ст

ст.выпр

ст.IGBT

ст.FRD

(4)

на них 5…7 В. Основное достоин-

ключе также выше -двойное значе-

ство схемы - уменьшение амплитуды

ние напряжения +DC, что приводит

дв

⋅2⋅U

(5)

пульсаций напряжения в два раза по

к повышенному уровню динамиче-

ст.выпр

сравнению с двухуровневой схемой

ских потерь. Двухтактные инверторы

[3], что приводит к значительному

не получили широкого распростра-

А.вых

(

)⋅

(6)

ст.IGBT

снижению динамических потерь

нения, но имеют максимально про-

2π

4⋅U

и мощности помех. Недостатки топо-

стую конструкцию с единственным

⋅ U

⋅I

CE А.вых IGBT

⋅N

логии - несколько повышенные ста-

источником питания ключей.

тические потери, потребность в до-

Матричный

преобразователь

А.вых

(

−

)⋅

ст.FRD

полнительном источнике питания,

частоты

(МПЧ) относится к ПЧНС

2π

4⋅U

усложнение алгоритма управления

и принципиально отличается от

⋅U

⋅I

⋅N

(7)

FRD А.вых FRD

и увеличение в два раза количества

описанных выше преобразователей

силовых ключей. В многоуровневых

(рис.

7). В нем происходит прямая

где P_{ст.выпр} - статические потери в вы-

инверторах возможен полный отказ

коммутация входных и выходных це-

прямителе, Вт;

от ШИМ с резким сокращением мощ-

пей через комплект двунаправлен-

P_ст.IGBT

- статические потери

ности помех и динамических потерь

ных ключей [5].

в IGBT, Вт;

в инверторе

[4]. Многоуровневые

Преимущества МПЧ связаны

P_ст.FRD - статические потери в ан-

инверторы позволяют получить вы-

с отсутствием в конструкции нако-

типараллельных диодах, Вт;

сокое качество электропитания для

пительных электролитических кон-

P_дв

- мощность, потребляемая

высокоскоростных электродвигате-

денсаторов:

двигателем, Вт;

лей, но имеют повышенную массу

• малый объем и масса силовой

U_DC - напряжение звена постоян-

и, в сравнении с двухуровневыми,

части преобразователя;

ного тока, В;

менее надежны.

• повышенный ресурс;

UA.вых - амплитудное значение ли-

Двухтактный инвертор (рис. 6) по

• высокий коэффициент мощности

нейного напряжения электродвигате-

свойствам схож с двухуровневым ин-

и низкий коэффициент нелинейных

ля, В;

вертором и, в некотором смысле, яв-

искажений без применения ККМ;

U_D - падение напряжения на вы-

ляется его модификацией. Двухтакт-

• возможность рекуперации энер-

прямительном диоде, В;

ные инверторы требуют использова-

гии без вспомогательных устройств;

U_CЕ - напряжение насыщения пе-

ния в комплекте с нестандартными

• меньшая мощность помех;

рехода коллектор-эмиттер IGBT, В;

электрическими машинами. В данных

• меньшее напряжение на сило-

U_FRD

- падение напряжения на

машинах вместо одной фазной обмот-

вом ключе при коммутации;

антипараллельном (силовом высоко-

ки закладываются две, что позволяет

• возможность длительной ра-

частотном) диоде, В;

создавать переменное магнитное

боты при повышенной температуре

- амплитудное значение ли-

IA.вых

поле без реверсирования напряже-

среды.

нейного тока электродвигателя;

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 4 2015

T_J(FRD) - фактическая температура

Таблица 1.

перехода FRD, °C.

Критерии сравнения**

Как следует из формул, минимуму

динамических потерь соответствуют

нулевые напряжение на ключе и ток

через него в момент коммутации.

Точный расчет потерь в каждой

из топологий зависит от алгоритма

управления и выходит за рамки дан-

ДУИ

+++

ной работы.

ТУИ

Качественное сравнение преоб-

разователей различных типов по

ДТИ

+++

основным параметрам приведено

МПЧ

+++

в таблице 1.

Проведенный анализ показы-

*ДУИ - двухуровневый инвертор; ТУИ - трехуровневый инвертор; ДТИ - двухтактный инвертор;

вает, что каждая из рассмотренных

МПЧ - матричный преобразователь частоты.

топологий преобразователя имеет

** +++ - высокие показатели; ++ - средние показатели; + - низкие показатели.

свои преимущества и недостатки.

При жестких требованиях к элек-

- количество последователь-

⋅ E

⋅ N

⋅

тромагнитной совместимости или

NIGBT

дин FRD

FRD

но включенных IGBT;

сроку службы оптимальным будет

- количество последователь-

ΔU

использование матричного пре-

NFRD

вых

кл

⋅ (

⋅

)

⋅ (

)

⋅

но включенных антипараллельных

образователя, а при высоких тре-

ref

диодов.

бованиях к надежности

- преоб-

Статические потери в матричном

⋅(1+

⋅(T

−

))

(11)

разователя частоты с двухтактным

ERR

(

FRD

)

REF

преобразователе вычисляются не-

инвертором. По этой причине нель-

сколько проще

где P_дин.IGBT

- динамические потери

зя однозначно ответить на вопрос

в IGBT транзисторах инвертора, Вт;

о лучшей топологии преобразовате-

2⋅

А.вых

Pдин.FRD

- динамические потери

ля авиационных электроприводов.

⋅

⋅U

(8)

ст

кл

в FRD диодах инвертора, Вт;

Любая из описанных силовых схем

fsw

- частота коммутации, Гц;

обеспечивает разумный компро-

где N_кл

- количество последователь-

Eon+off

- энергия суммарных ди-

мисс между малой массой, высокой

ных двунаправленных ключей (для

намических потерь транзистора

эффективностью, большим ресур-

МПЧ - 2 шт.);

(по спецификации), Дж;

сом, высокой надежностью и устой-

Uкл

- падение напряжения на дву-

Err - энергия потерь при обратном

чивостью к неблагоприятным внеш-

направленном ключе в открытом со-

восстановлении диода (по специфи-

ним факторам.

стоянии, В.

кации), Дж;

Очевидно, что наименее возмож-

Iвых

- действующий ток электро-

Литература:

ными статическими потерями обла-

двигателя, А;

1. Смирнов Д. С., Охапкин С. И., Половенко В. Т.

дают преобразователи с меньшим

- ток ключа при нормирован-

Оценка эффективности применения силовых

Iref

количеством последовательно вклю-

ной энергии потерь (по специфика-

ключей в бортовых электроприводах / Совре-

ченных элементов. В данном методе

ции), А;

менные проблемы науки и образования. -

расчета статических потерь приняты

ΔU_кл - падение напряжения на

2014. - № 3.

допущения о нулевом дифференци-

разомкнутом ключе после окончания

2. Колпаков А., Журавлев Л. Проблемы элек-

альном сопротивлении компонентов

коммутации, В;

тромагнитной совместимости мощных им-

и работе двигателя с cos(j) = 1 (век-

- напряжение на ключе при

пульсных преобразователей напряжения /

Uref

торное управление).

нормированной энергии потерь

Силовая электроника. - 2006. - № 2.

Динамические потери в инверто-

(по спецификации), В;

3. Филатов В. Двух- и трехуровневые инверто-

ре могут быть определены по мето-

Ki = 0,6; Kv1 = 1,4; Kv2 = 0,6 - эмпи-

ры на IGBT. Перспективные решения / Сило-

дике компании Semikron [1, 9]

рические коэффициенты;

вая электроника. - 2012. - № 4.

TC_ESW

= 0,003 - температурный

4. HVDC PLUS

- Basics and Principle of

дин

дин.IGBT

дин.FRD

(9)

коэффициент динамических потерь

Operation.

/ Сайт компании Siemens. URL:

IGBT;

http://www.energy.siemens.com/hq/pool/

⋅E

⋅N

⋅

TC_ERR

= 0,006 - температурный

hq/power-transmission/HVDC/HVDC_Plus_

дин IGBT

on+off

IGBT

коэффициент динамических потерь

Basic%20and%20Principals.pdf

ΔU

вых

кл

Kv1

FRD;

5. Кондаков Л. А., Щукин А. А. Матричные пре-

⋅

⋅ (

)

⋅

T_REF - температура ключа при нор-

образователи частоты / ИСУП. - 2013. - № 1.

ref

мированной энергии потерь, °C;

Описание преобразователей часто-

⋅ (1+

⋅(T

−

))

(10)

T_J(IGBT)

- фактическая температура

ты серии AC7 компании YASKAWA. URL:

ESW J

(

IGBT

)

REF

перехода IGBT, °C;

https://www.yaskawa.com/pycprd/products/

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 4 2015

industrial-ac-drives/

general-purpose-drives/

ных установок». Опыт работы в области сило-

ment» department in Vyatskiy State University.

ac7-matrix-drive

вой электроники - 4 года. В настоящее время

Her job experience in the sphere of valve elec-

Schulz M.,

Lillo L.,

Empringham L.,

является аспирантом кафедры ЭП и АПУ Вят-

tric drivers is 27 years, aviation electric drivers -

Wheeler P. Pushing Power Density Limits using

ГУ. Имеет 5 публикаций.

17 years. She is the author of 80 scientific works.

SiC-JFet-based Matrix Converter / Сайт компа-

нии Infineon. URL: https://www.infineon.com/

Хорошавин Валерий Степанович - родился

Smirnov Dmitry - was born in 1989. In 2011 he

dgdl/Infineon-PCIM_2011

_Power_density_

в 1948 году. В 1971 году окончил Кировский

graduated from Vyatskiy State University with

with_SiC_JFET-ED-v1.0-en.pdf?fileId

=db3a304

политехнический институт по специальности

specialization in «Electrical drive and automat-

3399628450139b550fd257554

«Автоматика и телемеханика». Доктор техниче-

ics of industrial machines». His work experience

8. Itoh J., Odaka A., Sato I. High efficiency

ских наук, профессор. В 1993 году защитил дис-

in the area of power electronics is 4 years. At

power conversion using a matrix converter. /

сертацию по теме: «Прикладные методы каче-

present he is a postgraduate of the department

FUJI electric review. - Vol 50. - № 3. Сайт ком-

ственного исследования особых управлений

Electrical drive and automatics of industrial ma-

пании FUJI. URL: http://www.fujielectric.com/

и структур нелинейных оптимальных систем».

chines in VyatSU. He has 5 publications.

company/tech/pdf/r50-3/06.pdf

Опыт работы - 40 лет. В настоящее время рабо-

9. Wintrich A., Nicolai U. Application Manual:

тает профессором кафедры «Электропривод

Khoroshavin Valery - was born in 1948. In

Power Semiconductors

/ Сайт компании

и автоматика промышленных установок» ФАВТ

1971 he graduated from Kirovskiy Polytech-

Semkron.

- URL: ttp://www.semikron.com/

ВятГУ. Имеет 193 публикации, 14 патентов.

nic Institute with specialization in «Automatics

skcompub/en/SEMIKRON_

and telemechanics». He is a Doctor of Science,

Application_Manual_Power_Semiconduc-

Охапкин Сергей Иванович

- родился

professor. In 1993 he defended a thesis on the

tors_.pdf

в 1959 году. В 1986 году окончил Кировский

subject: «Applied approaches of the qualitative

политехнический институт по специальности

research of singular controls and structures of

Волокитина Елена Владимировна

«Электропривод и автоматика промышлен-

nonlinear optimal systems». His work experi-

в 1981 году окончила Кировский политех-

ных установок». Кандидат технических наук,

ence is 40 years. At present he works as pro-

нический институт по специальности «Элек-

доцент. В 2003 году защитил диссертацию по

fessor of the department «Electrical drive and

тромеханика». Кандидат технических наук.

теме: «Создание и исследование электроме-

automatics of industrial machines» at FAUT of

В 2006 году защитила кандидатскую диссер-

ханических устройств средств малой механи-

VyatSU. He has 193 publications, 14 patents.

тацию на тему: «Исследование и разработка

зации на основе специализированных преоб-

быстродействующего вентильного электро-

разователей частоты». Опыт работы - 37 лет.

Okhapkin Sergey - was born in 1959. In 1986

привода органов управления новых самоле-

В настоящее время работает заведующим

he graduated from Kirovskiy Polytechnic Insti-

тов». Доцент кафедры «Электрические маши-

кафедрой «Электропривод и автоматика про-

tute with specialization in «Electrical drive and

ны и аппараты» Вятского государственного

мышленных установок» ФАВТ ВятГУ. Имеет

automatics of industrial machines». He is a Can-

университета. Опыт работы в области вен-

107 публикаций, 1 патент.

didate of Science, docent. In 2003 he defended

тильных электродвигателей - 27 лет, авиаци-

a thesis on the subject: «Creation and investiga-

онного электропривода - 17 лет. Автор более

Volokitina Elena

- in

1981 she graduated

tion of electromechanical devices of small-scale

80 научных трудов.

from Kirov Polytechnic Institute, specialization

mechanical means on the basis of specialized

is «Electromechanics». In 2006 she defended a

frequency converters». His work experience is

Смирнов Дмитрий Сергеевич - родился

candidate thesis, the theme is: «Research and

37 years. At present he is a head of the depart-

в 1989 году. В 2011 году окончил Вятский госу-

development of quick-operating valve electric

ment «Electrical drive and automatics of indus-

дарственный университет по специальности

drive of new plains controllers». She is an associ-

trial machines» at FAUT of VyatSU. He has 107

«Электропривод и автоматика промышлен-

ate professor of «Electric machines and equip-

publications, 1 patent.

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 4 2015

Волокитина

Елена Владимировна

27 июня 2015 года скоропостижно скончалась руководитель проекта

АО «Электропривод» Волокитина Елена Владимировна.

Елена Владимировна родилась

Под руководством Елены Вла-

16 мая 1959 года в городе Мураши

димировны внедрена комплексная

Кировской области.

система автоматизированного про-

В АО «Электропривод» Елена Вла-

ектирования

(САПР), позволившая

димировна пришла 24 августа 1981

проводить автоматизированное кон-

ностью, творческим размахом. Весь

года после окончания с отличием Ки-

струирование электрических машин,

ее трудовой путь ознаменован круп-

ровского политехнического институ-

электромеханизмов,

электронных

ными успехами в научно-исследова-

та по специальности «Инженер-элек-

блоков, схемотехническое проекти-

тельской и образовательной деятель-

тромеханик», и с тех пор вся ее трудо-

рование электронных схем и автома-

ности, в создании новых изделий вы-

вая жизнь была неразрывно связана

тизированное проектирование пе-

сокого технического уровня.

с этим предприятием, на котором она

чатных плат.

За свои деловые качества, добро-

проработала почти 34 года. До 2002

Разработан ряд вентильных вы-

ту и честность Елена Владимировна

года она занималась расчетами элек-

сокомоментных электродвигателей

пользовалась огромным уважением

трических машин в расчетной брига-

серии ДБМ для универсальных тех-

со стороны всех, с кем ей приходи-

де конструкторского отдела, пройдя

нологических роботов в рамках госу-

лось общаться на работе, в институте,

профессиональный путь от конструк-

дарственного контракта по импорто-

в быту.

тора до конструктора 1-й категории.

замещению.

Ее достижения в труде и научной

В 1995 году была назначена началь-

В последнее время Елена Влади-

работе высоко оценены наградами

ником расчетного бюро конструк-

мировна руководила разработками

и поощрениями АО

«Электропри-

торского отдела, а в 2002 году - веду-

электроприводов различного назна-

вод», знаком

«Отличник качества

щим конструктором - руководителем

чения на базе вентильных электро-

авиационной

промышленности»,

проектов.

двигателей, а также вновь востребо-

Почетной грамотой администрации

В 2006 году защитила диссерта-

ванным тематическим направлением

Кировской области, Почетной грамо-

цию на соискание ученой степени

бортовых систем генерирования

той Министерства промышленности

кандидата технических наук в ФГОУ

и запуска. Одна из последних ее раз-

и энергетики РФ, Дипломом лауреата

ВПО

«Чувашский государственный

работок - электропривод реверсив-

№ 11-1759 Всероссийского конкурса

университет имени И. Н. Ульянова»

ного устройства для двигательной

«Инженер года» по версии «Профес-

по специальности «Электротехниче-

установки с двигателем ПД-14 для

сиональные инженеры» в номинации

ские комплексы и системы».

самолета МС-21.

«Электротехника» и Сертификатом

С 2007 года - доцент кафедры

Ею опубликовано более 80 на-

профессионального инженера Рос-

«Электрические машины и аппараты»

учных трудов, получено 2 патента

сии № 11-75.

ГОУ ВПО «Вятский государственный

на изобретения. В 2014 году опубли-

У нее было много текущих дел,

университет».

кована монография

«Компоненты

которые она взваливала на свои

Одним из направлений рабо-

интеллектуальных мехатронных мо-

хрупкие плечи без всякой меры, со-

ты Елены Владимировны являлась

дулей» в соавторстве с профессором

вершенно не жалея себя, было много

разработка электрических машин

В. А. Нестериным.

планов и творческих, и личных, но…

и вентильных электродвигателей

Елена Владимировна являлась

Все оборвалось в один момент…

постоянного тока. Под ее руковод-

достойным продолжателем лучших

Безвременная кончина Елены

ством и при непосредственном

достижений и традиций конструктор-

Владимировны - удивительно обая-

участии разработаны вентильные

ской школы предприятия, успешно

тельной, притягательной и интерес-

электродвигатели, применяемые

продолжала развивать начатые спе-

ной женщины, талантливого ученого

в изделиях для самолетов Ан-70,

циалистами предприятия еще в 70-х

и конструктора, доброго и отзыв-

Ил-76, Ил-96, Ту-204, Ту-214, Ту-324,

годах прошлого века работы по пер-

чивого коллеги и друга - тяжелая

Ту-334, Ил-114, вентильные элек-

спективному направлению в технике

и горькая утрата для всех, кому по-

тродвигатели для управления га-

и науке - вентильным электродвигате-

счастливилось знать ее лично.

зодинамическим процессом запу-

лям и электроприводам на их основе.

Редакция журнала выражает

ска газотурбинного привода, для

Она была неутомимым тружени-

глубокие соболезнования родным,

хирургического электропривода,

ком, ярким генератором новых идей,

близким и коллегам Елены Владими-

электропривода мотор-колеса для

всегда удивляла своей неистощимой

ровны. Светлая память о ней навсег-

электромобиля.

энергией, огромной работоспособ-

да сохранится в наших сердцах.

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 4 2015

Параметрические системы управления

многодвигательного электропривода

грузоподъемных механизмов

// Parametrical control systems of multiengine driver of the hoisting devices //

Доманов В. И., к. т. н.,

ДСАД в таком включении мож-

Доманов А. В., к. т. н.,

но использовать для создания СЭП,

Гаврилова С. В.,

согласованных по скорости. Схема

ФГБОУ ВПО «УлГТУ», г. Ульяновск

включения обмоток электрических

машин, входящих в эту систему, при-

В работе рассматривается схема двух

This article covers schematic diagrams of

ведена на рис. 1.

электроприводов, согласованных па-

two drives harmonized by velocity param-

При совпадении скоростей вра-

раметрически по скорости вращения.

eters. Double speed induction motor is

щения двигателей (n₁ = n₂) ЭДС на

В качестве исполнительных предла-

advised to implement as an actuating de-

свободных обмотках также будут

гается использовать двухскоростные

vice. For harmonized rotation of drives free

равны (E₁ = E₂). В этом случае токи

асинхронные двигатели. Для согласо-

groups of engine windings are used. Model

по линиям связи между обмотками

ванной работы электроприводов ис-

is built for system and graphics of transient

ω1.2 и ω_2.2 не протекают. Если n₁ ≠ n₂,

пользуются свободные группы обмоток

process are obtained.

то и E₁ ≠ E2,, и по линиям связи начи-

двигателей. Составлена модель и по-

Keywords: harmonized rotation, parametri-

нают протекать уравнительные токи.

лучены графики переходных процессов

cal control, double speed induction motor,

Для двигателя с большей скоростью

исследуемой системы.

model, transient process.

вращения ротора эти токи будут соз-

Ключевые слова: согласованное враще-

ние, параметрическое управление, двух-

давать тормозящий момент, а для

скоростной асинхронный двигатель,

другого - двигательный. Таким об-

модель, переходные процессы.

разом, создаваемые моменты будут

действовать как согласующие. Такая

На современном этапе развития

регулирования и высокой точности.

схема имеет высокую надежность,

промышленности отмечается широ-

В этом случае целесообразнее ис-

низкую стоимость, проста в наладке

кое применение электроприводов

пользовать параметрические систе-

и обслуживании.

грузоподъемных механизмов (ГПМ),

мы электропривода (СЭП), они более

Отличительной

особенностью

приводные электродвигатели кото-

просты, надежны и не требуют ис-

работы рассматриваемой схемы яв-

рых, не имея механической связи,

пользования преобразователей и до-

ляется независимость согласующего

должны вращаться с одинаковой ско-

полнительных датчиков.

момента от скорости, так как он зави-

ростью, например, механизмов пере-

Для создания системы электро-

сит только от абсолютной разности

движения портальных и козловых

привода в [1] была предложена схема

скоростей вращения.

кранов.

параметрического управления двух-

Переходные процессы согласова-

Для обеспечения согласованно-

скоростного асинхронного двигателя

ния скоростей вызваны различием

сти вращения двигателей, входящих

с короткозамкнутым ротором (ДСАД).

ЭДС на свободных обмотках двига-

в такие механизмы, применяют раз-

Для этого обмотки статора ДСАД раз-

телей. Это позволяет сделать вывод,

личные схемы управления, при этом

делялись на две

наилучшие результаты достигаются

независимые

при использовании преобразовате-

и равноценные

лей частоты в системах электропри-

группы, каждая

вода на базе асинхронных коротко-

из которых со-

замкнутых двигателей (АД КЗ). В этом

единяется в звез-

случае обеспечиваются широкий

ду. Первая группа

диапазон регулирования и высо-

обмоток подклю-

кая точность. Для этого необходимо

чается к сети. При

использовать регулируемые пре-

этом ЭДС на вто-

образователи и датчики координат,

рой

(свободной)

в частности датчики скорости. В то

группе обмоток

же время существует большая груп-

пропорциональ-

па электроприводов ГПМ, в которой

на скорости вра-

не требуется широкого диапазона

щения.

Рис. 1. Схема включения обмоток машин системы.

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 4 2015

отношению к выходным координатам

Δn₁ и Δn₂. Определим передаточную

функцию

Δn

(p)

ΔM

(p)

W (p)W (p)W (p)⋅K

(p)

(1)

W (p)W (p)W (p)⋅K

⋅

На основании структурной схе-

мы в программном комплексе МВТУ

была составлена модель системы со-

гласованного вращения (рис. 3).

На рис. 4 приведены результаты

моделирования. За первую секунду

происходит разгон двух двигателей,

при этом n₁ = n₂. В момент t = 1 сек

возрастает момент на первом двига-

теле, и скорость n₁ снижается. Одно-

временно с этим происходит сниже-

Рис. 2. Структурная схема системы согласованного по скорости вращения АД.

ние n₂. На этом же графике приведе-

что работа схемы аналогична систе-

нальные скоростям n₁ и n₂, на схе-

но значение Δn.

ме управления АД изменением на-

ме это звенья с коэффициентами

Для сравнения было проведено

пряжения на статоре [2, 3, 4]. На ос-

K. Разность ЭДС приводит к появ-

моделирование этой же схемы без

новании этого была составлена схема

лению уравнительного тока, проте-

компенсирующих связей

(рис.

5).

системы согласованного по скорости

кающего через свободные обмотки

Видно, что скорость n₂ не изменяет-

вращения АД (рис. 2).

двигателей. При этом внутренние

ся, а снижение n₁ более существен-

Анализ такой системы из-за слож-

падения напряжения на обмотках

но. В то же время анализ полученных

ности описания АД затруднен. При

и их постоянные времени учитыва-

переходных процессов показывает,

пуске и регулировании напряже-

ются звеном

что рассматриваемая система - ста-

ния АД присутствуют слабозатухаю-

тическая. Поэтому для более полной

(p)

= K

щие колебания момента и скорости.

компенсации Δn = n₁-n₂ необходимо

В этом случае передаточную функ-

увеличить коэффициент в контуре

цию АД можно приближенно пред-

Считаем, что система работает

компенсации.

ставить в виде

в установившемся режиме n₁ = n₂ и

Следующий шаг - осуществле-

ΔM

(p)

E_1.2

= E_2.2. Кроме этого, принимаем,

ние пуска двухдвигательной систе-

АД

(p)

ΔU

(p)

что T_M1= T_M2. При этом схема стано-

мы с условием, что моменты инер-

вится полностью симметричной по

ции различаются в два раза. Из ос-

+1)(T

2γ

+1)

где T₁ - постоянная времени, харак-

теризующая апериодическую состав-

ляющую момента; T₀ - постоянная

времени затухания периодической

составляющей; γ₁

- коэффициент

демпфирования.

На структурной схеме (рис. 2)

(p) = W(p) = W (p) =

АД

=W(p)=W(p)

Передаточная функция, связыва-

ющая момент и скорость, с учетом

вентиляторной нагрузки имеет вид

(p)

Соответственно, на структурной

схеме

(p)

На свободных обмотках ДСАД

Рис. 3. Модель системы согласованного по скорости вращения АД.

наводятся ЭДС E₁ и E₂, пропорцио-

Мехатронные системы,

исполнительные устройства

№ 4 2015

циллограмм (рис. 6) можно сделать

3. Елисеев В. А. Системы непрерывного

Гаврилова Светлана Владимировна - роди-

вывод, что есть различия для режи-

управления электроприводов переменного

лась в 1990 году. Окончила в 2014 году Улья-

ма пуска, а наброс нагрузки отра-

тока. М.: Мос. энерг. ин-т, 1985. - 96 с.

новский государственный технический уни-

батывается так же, как и в первом

4. Унгру Ф., Иордан Г. Системы согласованно-

верситет по специальности «Электропривод

случае.

го вращения асинхронных электродвигате-

и автоматизация промышленных установок

В подобных электроприводах не-

лей. Л.: Энергия, 1971. - 182 с.

и технологических комплексов». Аспирант по

обходимо решить две задачи [5, 6]:

5. Ключев В. И. Теория электропривода. М.:

направлению подготовки «Электротехниче-

• создать систему с минимальны-

Энергоатомиздат, 2001. - 704 с.

ские комплексы и системы» энергетического

ми статическими ошибками Δn₁ и Δn₂

6. Гаврилова С. В. Новые перспективы гру-

факультета УлГТУ. Имеет 11 научных трудов,

при действии моментов нагрузки

зоподъемных механизмов / Электротехни-

автор 2 изобретений.

ΔМС1 и ΔМС2;

ческие и электромеханические системы:

• выполнить настройку таким

Материалы I Крымской студ. научно-техн.

Domanov Viktor - was born in 1950. In 1972 he

образом, чтобы разность ошибок

конференции, г. Севастополь, 15-17 апреля

graduated from Ulyanovsk Polytechnic Institute

Δn = Δn_1- Δn₂ была минимальной.

2014 / Севастоп. нац. тех. ун-т. - Севастополь:

specializing in

«Aircraft instrumentation». In

Выполнение первой задачи кос-

СевНТУ, 2014. - С. 31.

1980 has protected Ph. D. thesis by the theme

венно решает и вторую - чем меньше

«The method of calculation and research track-

статические ошибки электроприво-

Доманов Виктор Иванович

- родился

ing systems with pre-emptive corrective devices

дов системы, тем меньше разность

в 1950 году. Окончил в 1972 году Ульянов-

for lathes numerically controlled». Ph. D., docent

этих ошибок. Для снижения статиче-

ский политехнический институт по специ-

of sub-facility «Electric drives and automation of

ских ошибок увеличивают контурный

альности

«Авиаприборостроение». В

1980

industrial installations» in Ulyanovsk State Tech-

коэффициент системы и применяют

году защитил кандидатскую диссертацию

nical University. He has 144 scientific publica-

дополнительные корректирующие

по теме: «Методика расчета и исследования

tions, author of 16 inventions.

связи. Это говорит о том, что только

следящих систем с устройствами упреждаю-

параметрическими методами эту за-

щей коррекции для токарных станков с ЧПУ».

Domanov Andrey - was born in 1976. In 1999

дачу решить нельзя.

Кандидат технических наук, доцент кафедры

he graduated from Ulyanovsk State Technical

Приведенный анализ позволяет

«Электропривод и автоматизация промыш-

University specializing in «The measuring-com-

сделать вывод, что для обеспечения

ленных установок» энергетического факуль-

puting complexes and systems». In 2002 has

согласованной работы многодви-

тета УлГТУ. Имеет 144 научных труда, автор 16

protected Ph. D. thesis by the theme «Devel-

гательных электроприводов грузо-

изобретений.

opment and investigation of electrical power

подъемных механизмов возможно

steering of passenger cars on the basis of con-

применение параметрических СЭП

Доманов Андрей Викторович - родился

tactless engines». Ph. D., docent, Deputy Direc-

на базе ДСАД с разделенными статор-

в 1976 году. Окончил в 1999 году Ульяновский

tor of Scientific-Research Technology Institute

ными обмотками.

государственный технический университет

of Ulyanovsk State University. He has 107 scien-

по специальности «Измерительно-вычисли-

tific publications, author of 11 inventions.

Литература:

тельные комплексы и системы». В 2002 году

1. Доманов В. И. Параметрическая автомати-

защитил кандидатскую диссертацию по теме:

Gavrilova Svetlana - was born in 1990. In

зация двухскоростного асинхронного двига-

«Разработка и исследование электроусили-

2014 he graduated from Ulyanovsk State Tech-

теля / В. И. Доманов, А. В. Доманов, С. В. Гаври-

теля рулевого управления легковых автомо-

nical University specializing in «Electric drives

лова // Промышленные АСУ и контроллеры,

билей на основе бесконтактных двигателей».

and automation of industrial installations and

2015. № 3. С. 3-7.

Кандидат технических наук, доцент, замести-

technological complexes». Postgraduate in the

2. Волков Н. И. Электромашинные устройства

тель директора Научно-исследовательского

specialty «Electrical Complexes and Systems»

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

технологического института УлГУ. Имеет 107

Power faculty USTU. She has 11 scientific publi-

М.: Высш. шк., 1986. - 335 с.

научных трудов, автор 11 изобретений.

cations, author of 2 inventions.

Проблемы качества и надежности,

сертификация, стандартизация

№ 4 2015

Современный методико-алгоритмический

аппарат измерения качества комплекса

электрооборудования автомобилей

// A modern method-algorithmic quality measuring device

of the electric equipment set of cars //

Козловский В. Н., д. т. н.,

па. Первый этап сводится к количе-

Пьянов М. А., к. т. н., Полякова Е. В.,

ственной оценке степени взаимос-

ПВГУС, г. Тольятти

вязи между показателями качества

и удовлетворенности по трем базам

Ютт В. Е., д. т. н., профессор,

данных: гарантийной базе, базе по

МГТУ «МАДИ», г. Москва

удовлетворенности и по базе об-

Заятров А. В., к. т. н.,

ратной связи с потребителями. По-

ТГУ, г. Тольятти

скольку, по объективным причинам,

не всегда удается обеспечить доста-

В работе представлены результаты

The work describes results of development

точный для количественной оценки

разработки нового аналитического

of a new analytical set of car quality mea-

объем информации, поступающий

комплекса измерения качества автомо-

suring and electric equipment system.

из СМИ и сети «Интернет», то данные

билей и системы электрооборудования.

Keywords: quality, reliability, electric equip-

из этих источников служат в качестве

Ключевые слова: качество, надежность,

ment, car.

инструментов дополнительного под-

электрооборудование, автомобиль.

тверждения сделанных выводов.

Сегодня уже не требует доказа-

из основополагающих принципов

Второй этап связан с проведени-

тельств тезис о том, что качество про-

менеджмента качества - ориентации

ем перекрестного

(качественного)

дукции и удовлетворенность потре-

на потребителей - нужно очень осто-

анализа полученных показателей.

бителей являются самыми важными

рожно [6].

Данный подход заключается в объ-

составляющими оценки конкуренто-

Повышение эффективности ана-

единении данных из всех информа-

способности предприятия [1, 2]. Уси-

литических процессов измерения

ционных источников и рассмотрении

ление конкуренции как на мировом,

качества в автомобилестроении

позиций качества по каждому ин-

так и на внутреннем автомобильном

сегодня заключается в реализации

формационному каналу. Подобный

рынке России, которое мы наблюда-

алгоритмов комплексной оценки

подход может быть использован при

ем последнее десятилетие, требует

удовлетворенности потребителей

анализе показателей качества как по

от компаний-производителей посто-

качеством продукции, базирующей-

системам автомобиля, так и по всей

янной реализации новых подходов,

ся на процессах сбора и обработки

компонентой базе.

направленных на повышение удов-

информации, поступающей из ши-

Нужно отметить, что объектом ис-

летворенности потребителей каче-

рокого спектра источников, к числу

следования является одна из самых

ством автомобилей [4, 10]. Одной из

которых относятся корпоративные

популярных в России марок легко-

наиболее значимых составляющих

электронные базы данных по отказам

вых автомобилей. Для проведения

указанной проблемы является не-

автомобилей, регистрируемым на

аналитических работ нами накопле-

обходимость

совершенствования

предприятиях фирменного автосер-

ны данные в виде электронных баз по

методико-алгоритмического аппара-

виса (гарантийная база); электрон-

соответствующим информационным

та измерения качества автомобилей

ные базы данных по обратной связи

направлениям за 2013 год.

в эксплуатации исходя из существую-

с потребителем и горячих линий; ана-

Анализ связи между электрон-

щего и перспективного уровней тех-

литические данные результатов анке-

ными базами проведен с использо-

нологии сбора и обработки аналити-

тирования потребителей по вопро-

ванием коэффициента корреляции

ческой информации.

сам удовлетворенности продукцией

Пирсона (1)

В условиях, когда для многих

и услугами (база по удовлетворен-

российских предприятий статистика

ности); данные специализированных

(1)

отказов продукции в период эксплу-

интернет-форумов и клубов любите-

атации является единственной до-

лей автомобильной техники; данные

минантой в вопросах планирования

средств массовой информации (СМИ)

качества, говорить об эффективно-

[5, 11].

где N - количество позиций в иссле-

сти процесса стратегического раз-

Исследование комплексной оцен-

дуемом массиве систем автомобиля;

вития конкурентоспособности, да

ки удовлетворенности потребителей

Ki ^{- значение индекса качества}

и о полноценной реализации одного

включает в себя два основных эта-

(уровень отказов автомобилей

Проблемы качества и надежности,

сертификация, стандартизация

№ 4 2015

Таблица1. Коэффициенты корреляции для систем автомобиля.

Более высокий коэффициент

корреляции между базой данных по

Коэффициент корреляции, r

удовлетворенности и информацион-

Наименование

База данных

Гарантийная

База данных

ной системой «Обратная связь» по-

системы

по удовлетво-

база данных

«Обратная связь»

казывает, что данные, формируемые

ренности

на основе отзывов потребителей,

Гарантийная база данных

0,718

тесно связаны между собой. При этом

База данных по

не слишком высокое значение коэф-

0,821

удовлетворенности

фициента также может быть связано

База данных «Обратная

с малым количеством проанкетиро-

0,937

связь»

ванных по базе удовлетворенности,

что не позволило в полной мере оце-

по гарантийной базе данных),‰;

ности, помимо непосредственно

нить весь спектр возникших у потре-

- значение индекса удовлет-

отказов и поломок, вошли также те

бителей проблем.

воренности: уровень жалоб, относя-

позиции, которые отражают удов-

Самый высокий из полученных

щихся к качеству, по базе данных об-

летворение владельца качеством

коэффициентов принадлежит пока-

ратной связи с потребителями; уро-

функционирования транспортного

зателю между данными из гарантий-

вень удовлетворенности качеством

средства исходя из его собственных

ной базы и системы обратной связи

по базе данных результатов анкети-

ожиданий, которые не всегда могут

с потребителем. С одной стороны,

рования потребителей,‰.

быть удовлетворены в полной мере.

с учетом ранее указанных причин

В соответствии с представлен-

В-четвертых, часть проблем с авто-

этот показатель должен был бы ока-

ной структурой анализа был произ-

мобилем, не связанная с серьезным

заться меньше полученного. Тем не

веден расчет коэффициентов корре-

нарушением его работоспособности

менее общей чертой обоих инфор-

ляции для основных систем автомо-

(например, как при возникновении

мационных каналов является зна-

биля. Результаты расчетов сведены

блокирующих отказов) или влеку-

чительно большее количество обра-

в таблице 1.

щая незначительные затраты на их

щений, отзывов, записей об отказах,

Все представленные в таблице

устранения, может быть устранена

что более ярко демонстрирует весь

1 значения коэффициента превы-

владельцем самостоятельно или без

спектр проблем, возникших у по-

шают критические при вероятности

обращения в официальное предпри-

требителей в период эксплуатации

ошибки менее 5%. Это позволяет

ятие сервисно-сбытовой сети. В дан-

транспортного средства.

признать полученные показатели

ном случае информация в гарантий-

Сопоставление данных, полу-

статистически значимыми и сви-

ной базе данных по указанным пози-

ченных из разных информационных

детельствующими о наличии взаи-

циям будет отсутствовать.

источников, возможно не только

мосвязи между разнородными ис-

точниками информации. При этом

Таблица 2. Системный анализ проблем качества и надежности автомобиля.

самый низкий коэффициент наблю-

Положение системы

дается между показателями гаран-

Размах

в рейтинге

Средняя

тийной базы данных и базы данных

Наименование системы

положе-

позиция

по удовлетворенности. Причинами

Г БД

БД У

БД ОС

ний

могут быть следующие факторы.

Система электрооборудования

Во-первых, не всем проблемам, по

которым высказывались владельцы

Двигатель внутреннего сгорания

автомобилей, в гарантийной базе

Кузов

есть соответствующий кодификатор

неисправности или отказа. Кроме

Система подвески

того, в гарантийной базе отсутству-

Коробка переключения передач

ют позиции, относящиеся к расход-

Система отопления салона

ным материалам: свечи зажигания,

лампы и т.п. Во-вторых, количество

Топливная система

проанкетированных

владельцев,

Рулевой механизм

даже с учетом превышения мини-

мального порога опрошенных для

Ступица

получения достоверных источни-

Система охлаждения ДВС

ков, существенно ниже количества

проанализированных записей по

Тормозная система

гарантийной базе за тот же пери-

Система выпуска отработавших

од времени. В связи с этим данные

газов

по гарантийной базе более сбалан-

Система сцепления

сированы. В-третьих, необходимо

Система привода

учитывать, что в базу удовлетворен-

Проблемы качества и надежности,

сертификация, стандартизация

№ 4 2015

Таблица 3. Системный анализ проблем качества и надежности автомобиля

выпуска отработавших газов, рулево-

по результатам анализа СМИ и сети «Интернет».

го механизма. Таким образом, можно

с уверенностью констатировать, что

Упоминание в сети

Наименование системы

Отзыв в СМИ

проведенное подобным образом ис-

«Интернет»

следование по совместной оценке

Система электрооборудования

качества и надежности автомобиля

Двигатель внутреннего сгорания

не только является правдоподобным,

но и заслуживает право на дальней-

Кузов

шее совершенствование и активное

Система подвески

внедрение методики в работу анали-

тических служб качества автопроиз-

Коробка переключения передач

водителей.

Рулевой механизм

Убедившись в эффективности со-

вместного рассмотрения различных

Тормозная система

информационных источников с точ-

с помощью количественной оцен-

лее часто вызывающие неудовлетво-

ки зрения анализа качества продук-

ки с использованием корреляции.

ренность владельцев автомобилей,

ции и удовлетворенности потребите-

Можно также воспользоваться и так

но без учета принадлежности к рас-

лей, проведем перекрестный анализ

называемым перекрестным методом

положению в позиционном рейтин-

проблем компонентной базы автомо-

анализа. Рассмотрение данного на-

ге. Символ «+» означает, что потреби-

биля применительно к системе элек-

правления и есть второй этап ком-

тели часто сталкиваются с указанной

трооборудования. В таблице 4 сведе-

плексной оценки удовлетворенности

проблемой [10, 11].

ны занимаемые позиции отдельных

потребителей качеством продукции.

Проанализируем представленные

устройств исходя из топ-10 наиболее

Данное направление сводится не

в таблицах 2 и 3 данные. Явным лиде-

проблемных устройств, относящихся

к количественному анализу, а к каче-

ром по количеству отказов и возник-

к электрооборудованию [10, 11].

ственному подходу, основанному на

ших проблем является система элек-

Как следует из представленной

сопоставлении занимаемых позиций

трооборудования, которая стабиль-

таблицы 4, вершина рейтинга оста-

в рейтинге отказов, удовлетворен-

но занимает первую позицию по всем

ется за лампами, преждевременный

ности в каждой из баз данных. Это

проанализированным информацион-

выход из строя которых возникает

связано с тем, что количественные

ным каналам. Далее располагаются

у владельцев очень часто, однако

характеристики не всегда отражают

двигатель внутреннего сгорания, ку-

данный факт никак не отражается

имеющуюся связь, что вызвано, в том

зов, система подвески и коробка пе-

в гарантийной базе данных вслед-

числе, и перечисленными выше при-

реключения передач. Расположение

ствие ряда ограничений данного ин-

чинами, связанными с принятыми

всех этих систем практически не из-

формационного источника, вызван-

ограничениями при формировании

меняется при переходе к анализу по

ных официальной позицией автопро-

баз данных. Предлагаемый подход

различным информационным источ-

изводителя по данному изделию как

как раз дополняет используемые ме-

никам, о стабильности занимаемых

по расходному материалу. Отдельно-

тоды анализа.

ими позиций также свидетельствует

го внимания требует то, что практи-

Каждой системе автомобиля при-

и небольшое значение размаха зани-

чески все позиции, которые удалось

сваивается порядковый номер. В та-

маемых положений в каждом из них.

выделить из совокупного анализа, за-

блице 2 сведены обобщенные дан-

Кроме того, нельзя не отметить тот

нимают устройства, имеющие в сво-

ные, представляющие собой массив

факт, что подобная ситуация справед-

ем составе электромеханические

позиций каждой из систем автомоби-

лива не только для систем автомоби-

преобразователи. Это позволяет вы-

ля по трем базам данных: гарантий-

ля, возглавляющих рейтинг, но также

делить данную группу устройств как

ная база данных по отказам - Г БД,

и для остальных, например, системы

ключевую и формирующую общий

база данных удовлетворенности - БД

Таблица 4. Системный анализ проблем качества и надежности

У, база данных по системе «Обратная

системы электрооборудования автомобиля.

связь» - БД ОС. Далее вычисляется ус-

редненная позиция каждой из систем

Информационный источник

по трем информационным каналам

Наименование устройства

Интер-

Г БД

БД У

БД ОС

СМИ

и вычисляется разброс, то есть мак-

нет

симальная разница между позиция-

Лампы

ми каждой из систем в рейтинге.

В дополнение к данным, пред-

Электростеклоподъемник

ставленным в таблице 2, не стоит

Генераторная установка

пренебрегать и наиболее важными

Регулятор холостого хода

проблемами, волнующими потреби-

телей по результатам анализа СМИ

Электроусилитель рулевого управления

и сети «Интернет». В этой связи в та-

Электродвигатель вентилятора отопителя

блице 3 сведены проблемы, наибо-

Проблемы качества и надежности,

сертификация, стандартизация

№ 4 2015

рейтинг системы электрооборудо-

и их первичных испытаний образ-

только к надежности, но и к комфор-

вания. При этом большие расхожде-

цов не всегда удается в полной мере

ту, дизайну, а главное - комплексный

ния между занимаемыми позициями

спрогнозировать параметры работо-

анализ позволяет расширять грани-

не стоит рассматривать как отсут-

способности устройства в автомоби-

цы перспективного планирования

ствие взаимосвязи среди выделен-

ле в период его эксплуатации [3, 9].

качества продукции.

ных устройств. Это зачастую связано

И несмотря на то что большая часть

Статья выполнена в рамках ра-

с особенностями формирования каж-

номенклатуры остается прежней,

боты над грантом Президента РФ

дого из информационных массивов

внедряемые разработки не должны

по поддержке молодых ученых

данных. В результате может иметь

снижать показатели качества и надеж-

докторов наук на

2014-2015 гг.,

место как недостаточное количество

ности всего автомобиля. В этом случае

МД-2782.2014.8.

исходных данных, так и не отработан-

ценнейшей информацией являются

ная до совершенства структура ин-

данные, поступающие в период гаран-

Литература:

терпретируемых данных. Совместное

тийной эксплуатации [7, 8].

1. Козловский В. Н. Проблема стратегического

рассмотрение информации позволя-

При этом одной из важнейших за-

планирования улучшения качества и надеж-

ет уйти от большинства недостатков,

дач анализа и оценки качества и на-

ности системы электрооборудования авто-

присущих каждому информационно-

дежности является процесс выявле-

мобилей / В. Н. Козловский, А. В. Заятров //

му источнику в отдельности.

ния причин возникновения отказов

Электроника и электрооборудование транс-

Ранее неоднократно подтверж-

и нарушений работоспособности. Не

порта. - 2012. - № 1.

далась особая значимость системы

стоит упускать из рассмотрения и та-

2. Козловский В. Н. Обеспечение качества

электрооборудования как по отдель-

кой важный компонент, как объемы

и надежности электрооборудования автомо-

ным информационным каналам, так

затрат, требуемых для обнаружения

билей: монография / В. Н. Козловский. - То-

и в случае совместного рассмотре-

и устранения возникших проблем.

льятти: ГОУ ВПО «ТГУ». - 2009-274 с.

ния комплекса показателей качества,

Это связано с тем, что в случае воз-

3. Козловский В. Н. Моделирование электро-

надежности и удовлетворенности [1].

никновения отказов среди ком-

оборудования автомобилей в процессах

Кроме того, не стоит забывать, что

понентов с малыми показателями

проектирования и производства

[Текст]

количество компонентов, составляю-

надежности, особенно в период га-

В. Н. Козловский. - Тольятти: ГОУ ВПО «ТГУ». -

щих данную систему, постоянно уве-

рантийной эксплуатации автомоби-

2009. - 227 с.

личивается, они входят в состав дру-

ля, производители не только несут

Козловский В. Н. Аналитические ис-

гих систем автомобиля, обеспечивая

имиджевые потери, но и материаль-

следования качества автомобилей в экс-

повышение их функциональных воз-

ные, связанные с заменой или ремон-

плуатации: монография

/ В. Н. Козлов-

можностей. Таким образом, значи-

том отказавших устройств. Особенно

ский, В. И. Строганов. Palmarium Academic

мость системы электрооборудования

это актуально для сложных в техни-

Publishing, AV Akademikerverland GmbH &

будет только возрастать, тем самым

ческом плане, а следовательно, и до-

Co., Deutschland, 2013.

для эффективной работоспособности

рогостоящих устройств, к которым,

5. Козловский В. Н. Комплекс обеспечения

автомобиля необходимо меропри-

несомненно, относятся элементы

качества системы электрооборудования

ятия по улучшению надежностных

системы электрооборудования, име-

автомобилей: монография [Текст] / В. Н. Коз-

характеристик проводить в первую

ющие в своем составе электромеха-

ловский, Д. И. Панюков. Palmarium Academic

очередь для ключевых элементов си-

нические преобразователи.

Publishing, AV Akademikerverland GmbH & Co.,

стемы электрооборудования.

Главным результатом реализации

Deutschland, 2014.

Однако не стоит забывать, что

комплексной оценки удовлетворен-

6. Козловский В. Н. Анкетные исследования

вновь внедряемое на автомобили

ности потребителей является фор-

воспринимаемого потребителем качества ав-

оборудование может достигать 20-

мирование принципиально нового

томобилей / В. Н. Козловский, Д. И. Панюков,

30% от ранее апробированного и ис-

подхода к организации процесса мо-

С. И. Клейменов // Автомобильная промыш-

следованного. В этом случае для но-

ниторинга и вскрытия ключевых про-

ленность. - 2014. - № 6.

вых проектов автомобилей возникает

блем качества и удовлетворенности

7. Пионтковская С. А., Пьянов М. А. Прогнози-

задача тщательного прогнозирования

потребителей. За счет наполнения

рование отказов автомобильного электро-

показателей качества и надежности

банка данных аналитической инфор-

оборудования / С. А. Пионтковская, М. А. Пья-

для новой комплектации продукции.

мацией из разных источников с до-

нов // Вектор науки тольяттинского государ-

Однако оценка характеристик для

статочно высоким уровнем сходимо-

ственного университета. 2011. № 1.

будущих компонентов автомобиля

сти появляется возможность иссле-

Пионтковская С. А., Ермаков В. В., Пья-

возможна только на заключительных

дования качества под разным углом,

нов М. А. Влияние электрооборудования на

стадиях проектирования. В связи со

например, с точки зрения надежно-

безопасность автотранспортного средства /

сложной ситуацией, связанной с кон-

сти или удовлетворенности, или ин-

С. А. Пионтковская, В. В. Ермаков, М. А. Пьянов

куренцией между автопроизводителя-

формационной обеспеченности. При

// Грузовик. 2011. № 6.

ми, происходит постоянное сокраще-

использовании разработанного ин-

9. Строганов В. И. Моделирование систем

ние сроков разработки и внедрения

струмента появляется возможность

электромобилей и автомобилей с комбини-

новых компонентов на выпускаемые

для обеспечения быстрой реакции со

рованной силовой установкой в процессах

модели. К сожалению, даже с учетом

стороны автопроизводителя при из-

проектирования и производства: моногра-

проведения анализа компьютерных

менении базовых требований потре-

фия

[Текст]

/ В. И. Строганов, В. Н. Козлов-

моделей новых конструкций изделий

бительского рынка, относящихся не

ский. - МАДГТУ «МАДИ» - 2014. - 264 с.

Проблемы качества и надежности,

сертификация, стандартизация

№ 4 2015

10. Строганов В. И. Итоги и перспективы

«Поволжский государственный университет

cialization in «Electrical equipment of cars and

развития электромобилей и автомобилей

сервиса». Автор 14 статей.

tractors». In 2006 he defended a master’s disser-

с гибридными силовыми установками

tation in «System diagnostics of electrical equip-

В. И. Строганов, В. Н. Козловский // Электро-

Ютт Владимир Евсеевич

- родился

ment of passenger cars». At present he works as

ника и электрооборудование транспорта. -

в 1940 году. В 1962 году окончил Московский

lecturer at the department «Modern natural sci-

2012. - № 2.

автомеханический институт по специально-

ence» in FGBOU VPO «Povolzhskiy Service State

11. Строганов В. И. Инновационные методы

сти «Инженер-механик». В 1967 году защитил

University». He has 45 articles, including one

исследования качества и надежности элек-

кандидатскую диссертацию по теме: «Элек-

monographs.

тромобилей и автомобилей с гибридной си-

тропусковые системы», в 1980 году - док-

ловой установкой: монография / В. И. Строга-

торскую диссертацию по теме: «Диагностика

Polyakova Ekaterina - graduated from Volga

нов, В. Н. Козловский. - М: «МАДИ», 2012.

электрооборудования автомобилей». Имеет

Region State University of Service with spe-

ученое звание профессора. Опыт работы - 51

cialization in «Household machines and de-

Козловский Владимир Николаевич - ин-

год. В настоящее время работает заведую-

vices». Since 2012 she has been working as

женер по специальности «Электрооборудо-

щим кафедрой «Электротехника и электро-

assistant at the department «General profes-

вание автомобилей и тракторов», в 1999 году

оборудование» Московского автомобильно-

sional subjects» in FSBEI HPO «Volga Region

окончил Тольяттинский политехнический ин-

дорожного института (ГТУ). Имеет более 200

State University of Service». She is an author

ститут. Доктор технических наук. В 2010 году

научных трудов, патентов. Заслуженный дея-

of 14 articles.

защитил докторскую диссертацию на тему:

тель науки и техники РФ, Почетный работник

«Обеспечение качества и надежности си-

высшей школы, награжден двумя медалями.

Jutt Vladimir - was born in 1940. In 1962 he

стемы электрооборудования автомобилей».

graduated from The Moscow Automotive In-

Автор более 180 научных работ, в том числе

Заятров Алексей Викторович - в 2010 году

stitute by specialty «Mechanical engineer». In

десяти монографий. В настоящее время ра-

окончил Тольяттинский государственный

1967 has protected Ph. D. thesis by the theme

ботает профессором в Поволжском государ-

университет по специальности «Электрообо-

«Electro starting systems», in 1980 the thesis

ственном университете сервиса.

рудование автомобилей и электромеханика».

for a Doctor’s degree by the theme «Car’s elec-

В настоящее время работает руководителем

tric equipment diagnostics». He has academic

Пьянов Михаил Александрович - окончил

лаборатории в научно-исследовательском

status of professor. Operational experience

Тольяттинский государственный универси-

отделе

«Электронные системы контроля»

of 51 years. Now Vladimir works as head of

тет, инженер по специальности

«Электро-

университета, где занимается перспектив-

sub-faculty of «Electrical engineer and elec-

оборудование автомобилей и тракторов».

ными вопросами обеспечения качества и на-

tric equipment» in Moscow Road-transport

2006 году защитил кандидатскую дис-

дежности электрооборудования автомоби-

Institute (State Technical University). He has

сертацию по теме:

«Диагностика системы

лей в период эксплуатации. Автор более 20

more than 200 names of proceedings, patents.

электрооборудования легковых автомоби-

научных статей.

Honored worker of science and engineering of

лей». В настоящее время работает доцентом

Russian Federation, the Honorable worker of

на кафедре «Современное естествознание»

Kozlovskiy Vladimir - is an engineer, special-

Higher school, conferred by two medals.

ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный

ization is «Car and tractor electric equipment»,

университет сервиса». Автор 45 статей и од-

in 1999 he graduated from Tolyatty Polytechnic

Zayatov Aleksey - in 2010 he graduated from

ной монографии. Имеет один патент на изо-

Institute. Doctor of Engineering. In 2010 he de-

Tolyatti State University, speciality is «Automo-

бретение.

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

bile electric equipment and electromechanics».

assurance of car electric equipment system».

At present he works as the leading engineer in

Полякова Екатерина Владимировна

The author of more than 180 scientific works,

the research department

«Electronic control

окончила Поволжский государственный

including 10 monographs. At present he is a

systems» in the university, where he deals with

университет сервиса по специальности

professor in Povolzhye State Service University.

perspective questions of automobile electric

«Бытовые машины и приборы». С 2012 года

equipment quality supply and safety during

работает ассистентом на кафедре

«Обще-

Pyanov Mikhail - has graduated from Tolyatin-

operation period. The author of more than 20

профессиональные дисциплины» ФГБОУ ВПО

skiy State University, he is an engineer with spe-

scientific works.

Информация

№ 4 2015

О выплате вознаграждения авторам

изобретений, полезных моделей и других

результатов интеллектуальной деятельности,

созданных при выполнении финансируемых

Российским научным фондом научных,

научно-технических программ и проектов

Порядок выплаты вознагражде-

тельности для государственных нужд

платы по Российской Федерации за

ния авторам изобретений, полезных

на условиях безвозмездной простой

календарный год, предшествующий

моделей и других результатов ин-

(неисключительной) лицензии.

выплате вознаграждения, опреде-

теллектуальной деятельности опре-

В лицензионный договор, заклю-

ляемой по данным Федеральной

делен «Положением об осуществле-

чаемый государственным заказчи-

службы государственной статистики.

нии государственным заказчиком

ком и правообладателем, должны

В случае использования результата

от имени Российской Федерации

быть включены сведения об авторе

интеллектуальной деятельности по

полномочий лицензиата в случае

(авторах) результата интеллектуаль-

нескольким сублицензионным дого-

использования для государствен-

ной деятельности в целях выплаты

ворам такое вознаграждение выпла-

ных нужд результатов интеллекту-

ему вознаграждения.

чивается по каждому из сублицензи-

альной деятельности, созданных

Выплата автору (авторам) резуль-

онных договоров.

при выполнении финансируемых

тата интеллектуальной деятельности

Выплата вознаграждения произ-

российским научным фондом науч-

вознаграждения за использование

водится за счет доходов, полученных

ных, научно-технических программ

результата интеллектуальной дея-

государственным заказчиком или

и проектов», утвержденным по-

тельности в рамках лицензионного

сублицензиатом от реализации това-

становлением Правительства Рос-

и (или) сублицензионного договоров

ров (услуг) с использованием резуль-

сийской Федерации от 6 сентября

осуществляется государственным за-

тата интеллектуальной деятельности,

2014 г. № 914.

казчиком ежегодно, исчисляя с даты

или средств, полученных государ-

Правообладатель результата ин-

заключения лицензионного догово-

ственным заказчиком от заключения

теллектуальной деятельности, соз-

ра, в течение месяца после истечения

сублицензионного договора.

данного при выполнении программ

каждого года.

и проектов, по требованию государ-

Вознаграждение выплачивается

Краснов Л. А.

ственного заказчика обязан предо-

каждому автору результата интел-

Редакция журнала

ставить ему право использования

лектуальной деятельности и должно

«Электроника и электро

результата интеллектуальной дея-

быть не меньше средней заработной

оборудование транспорта»

Информация

№ 4 2015

О предоставлении субсидий

Фонду содействия развитию малых форм

предприятий в научно-технической сфере

Постановлением Правительства

рядке и на условиях, утверждаемых

ных с реализацией инновационных

Российской Федерации от 25 сентя-

наблюдательным советом фонда.

проектов, результаты которых имеют

бря 2014 г. № 981 утверждены Пра-

Критериями конкурсного отбора

перспективу коммерциализации.

вила предоставления субсидий из

малых инновационных предприятий,

Договор гранта не может быть

федерального бюджета федерально-

которым предоставляются гранты,

заключен с малым инновационным

му государственному бюджетному

являются:

предприятием в случае если:

учреждению «Фонд содействия раз-

• количество вновь создаваемых и

а) предприятие находится в про-

витию малых форм предприятий в

(или) модернизируемых высокопро-

цессе ликвидации или реорганиза-

научно-технической сфере» на пре-

изводительных рабочих мест в рам-

ции;

доставление грантов малым иннова-

ках инновационного проекта;

б) предприятие находится в про-

ционным предприятиям на финан-

• увеличение объема реализации

цедуре банкротства;

совое обеспечение инновационных

инновационной продукции, явивше-

в) предприятие имеет задолжен-

проектов, результаты которых имеют

еся результатом выполнения заяв-

ность перед федеральным бюдже-

перспективу коммерциализации, в

ленного проекта, в том числе патент-

том, бюджетом субъекта Российской

рамках подпрограммы «Стимулиро-

но-лицензионной деятельности ма-

Федерации;

вание инноваций» государственной

лого инновационного предприятия,

г) в отношении предприятия ра-

программы Российской Федерации

финансируемой за счет полученного

нее установлен факт неисполнения

«Экономическое развитие и иннова-

гранта.

существенных условий договора

ционная экономика».

Предоставление грантов осущест-

гранта.

Предоставление грантов малым

вляется на основе договоров, заклю-

Краснов Л. А.

инновационным предприятиям осу-

ченных фондом с малыми инноваци-

Редакция журнала

ществляется на основании конкурс-

онными предприятиями, на финан-

«Электроника и электро

ного отбора таких предприятий в по-

совое обеспечение расходов, связан-

оборудование транспорта»

Информация

№ 4 2015

Научно-техническая конференция

с международным участием

«Актуальные вопросы и перспективы

развития электромашиностроения»

3 декабря 2015 года состоится

Иньков Ю. М. - д.т. н., профессор

Требования к оформлению

научно-техническая конференция

Московского государственного уни-

текстовых материалов

с международным участием «Акту-

верситета путей сообщения, гл. уче-

Требования к оформлению тек-

альные вопросы и перспективы раз-

ный секретарь АЭН РФ.

стовых материалов Вы можете по-

вития электромашиностроения».

Коваленко Л. А. - заведующая от-

смотреть на сайте Академии электро-

делом ОАО «ВНИИКП», секретарь орг-

технических наук РФ www.acelsc.ru.

Организаторы

комитета.

Доклад объемом до 10 стр. пред-

• Академия электротехнических

Макаров Л. Н. - д. т. н., академик

ставляется в любой версии Microsoft

наук РФ.

АЭН РФ, генеральный директор НИП-

Word. Рисунки можно представлять

• Российская академия наук (отде-

ТИЭМ.

в любом формате растровой или

ление энергетики, машиностроения,

Малахов Б. П. - академик АЭН РФ,

векторной графики (например,.pcx,.

механики и процессов управления).

вице-президент «Интерэлектромаш».

fif,.cdr,.jpg и др.). Фотографии мо-

• Национальный исследователь-

гут быть представлены отдельными

ский университет «МЭИ».

Программный

файлами в любом формате растро-

• Ассоциация «Интерэлектромаш».

комитет

вой графики.

• Ассоциация «Электрокабель».

Бутырин П. А.

- д. т. н., член-

Рисунки должны быть черно-

• ВНИИ кабельной промышленно-

корреспондент РАН, президент АЭН

белыми. Таблицы и формулы пред-

сти (ВНИИКП).

РФ, директор Института электро-

ставляются без использования ска-

энергетики МЭИ, председатель коми-

нирования и цветного фона. Размер

Основные направления

тета.

рисунков и таблиц не должен превы-

и тематика конференции

Беспалов В. Я. - д. т. н., академик

шать 165 х 240 мм. Доклад должен со-

• Теория электрических машин.

АЭН РФ, профессор МЭИ.

держать индекс УДК, заголовок, запи-

• Электрические машины массо-

Макриденко Л. А. - д.т. н., акаде-

санный прописными буквами, ниже

вых серий.

мик АЭН РФ, генеральный директор

которого также прописными буквами

• Электрические машины для

ВНИИЭМ.

должны быть написаны инициалы

электрических и гибридных транс-

Петреня Ю. К.

- д. т. н., член-

и фамилии докладчиков. Материалы,

портных средств.

корреспондент РАН; технический ди-

не отвечающие изложенным требо-

• Сверхпроводниковые электри-

ректор ОАО «Силовые машины».

ваниям, не рассматриваются.

ческие машины.

Пешков И. Б. - д. т. н., почетный

Необходимо также представить

• Электрические машины для

президент АЭН РФ, председатель со-

реферат доклада (не менее 50 слов)

бытовой техники и электроинстру-

вета директоров ОАО «ВНИИКП».

на русском и английском языках,

ментов.

Серебрянников С. В.

- д. т. н.,

а также ключевые слова. Аннотация

• Электрические машины специ-

профессор, академик АЭН РФ, зав.

доклада должна содержать не менее

ального назначения.

кафедрой физики и технологии элек-

100 слов. В сопроводительных до-

• Электропривод.

тротехнических материалов и ком-

кументах сообщаются сведения об

• Электроматериалы для электри-

понентов МЭИ.

ученой степени, должности и месте

ческих машин.

работы всех авторов

(соавторов)

• Сертификация и стандартизация

Желающим принять участие

и необходимая для связи контактная

в электромашиностроении.

в конференции необходимо напра-

информация.

вить доклады или аннотацию докла-

Доклады и аннотации докладов

Оргкомитет

дов с заявкой на участие по адресу:

будут опубликованы в материалах

Мещанов Г. И. - д. т. н., первый ви-

e-mail:

conference@tdvniikp.ru,

конференции, а лучшие из докла-

це-президент АЭН РФ, генеральный

тел. 8 (495) 911-82-48.

дов - и в ведущих российских науч-

директор ОАО «ВНИИКП», председа-

но-технических журналах.

тель комитета.

Срок подачи докладов - 15 октя-

Конференция состоится

Васильев Е. Б. - к.э. н., академик

бря 2015 года.

в «ВНИИКП» по адресу г. Москва,

АЭН РФ, генеральный директор ЗАО

Секретарь оргкомитета

- Кова-

ул. Шоссе Энтузиастов, д. 5,

«ТД ВНИИКП».

ленко Людмила Армандовна.

тел. 8 (495) 911-82-48.

Информация

№ 4 2015

Сведения об авторах

д.т.н., профессор

Герман Леонид Абрамович

Феоктистов Валерий Павлович

8-908-769-94-26

8-495-684-24-98

д.т.н., профессор

Быкадоров Александр Леонович

Овсянников Евгений Михайлович

8-908-512-24-55

8-495-223-05-23

Гарбузов Илья Игоревич

д.т.н., профессор

8-916-052-05-88

Хорошавин Валерий Степанович

8-909-717-15-91

Кишкурно Константин

Вячеславович

д.т.н.

8-903-685-56-45

Козловский Владимир

Николаевич

8-917-978-83-56

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, являют-

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

ся собственностью редакции.

Оформить подписку можно:

- через редакцию - необходимо направить по факсу или

электронной почте заявку с указанием банковских рек-

При перепечатке ссылка на журнал обязательна.

визитов, наименования организации (фирмы), точного

почтового 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 изда-

ний органов научно-технической информации 2015 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.