vestnikvniizhtВестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВЕСТНИК ВНИИЖТ)RUSSIAN RAILWAY SCIENCE JOURNAL2223-97312713-2560Joint Stock Company "Railway Research Institute"10.21780/2223-9731-2022-81-1-31-37vestnikvniizht-567Research ArticleТехнические средства железнодорожного транспортаTECHNICAL MEANS OF RAILWAY TRANSPORTО реализации рекуперативного торможения на электровозе переменного тока с однофазным обратимым преобразователем напряженияImplementation of regenerative braking on the AC locomotive with a mono phase reversible voltage converterhttps://orcid.org/0000-0003-4025-4155КучумовВ. А.KuchumovV. A.

Владислав Алексеевич КУЧУМОВ, д-р техн. наук, профессор, главный научный сотрудник, НЦ «Тяга поездов»

AuthorID: 700131

Москва

Vladislav A. KUCHUMOV, Dr. of Sci. (Engineering), Professor, Chief Researcher, SC “Traction of Trains”

Moscow

va.kuchumov@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4579-4743НикончукИ. Н.NikonchukI. N.

Иван Николаевич НИКОНЧУК, аспирант

AuthorID: 1032809

Москва

Ivan N. NIKONCHUK, Post-graduate

AuthorID: 1032809

Moscow

Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (АО «ВНИИЖТ»)РоссияRailway Research Institute (VNIIZhT)Russian Federation2022290320228113137Copyright © Кучумов В.А., Никончук И.Н., 20222022Кучумов В.А., Никончук И.Н.Kuchumov V.A., Nikonchuk I.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.journal-vniizht.ru/jour/article/view/567Введение

Введение. Анализируется еще не решенная проблема реализации рекуперативного торможения на электровозе переменного тока с однофазным обратимым преобразователем напряжения.

Материалы и методы

Материалы и методы. Рассмотрены теоретически возможные варианты работы однофазных обратимых преобразователей напряжения при рекуперативном торможении, при которых: 1) реактивная составляющая тока электровоза имеет емкостной характер, и действующий ток электровоза опережает его реактивную составляющую; 2) реактивная составляющая тока электровоза имеет индуктивный характер, и действующий ток электровоза опережает его активную составляющую. Показано, что первый из рассматриваемых вариантов работы однофазных обратимых преобразователей напряжения является лишь теоретически возможным, так как рекуперация тока в контактную сеть может быть осуществлена при очень малом напряжении в контактной сети, существенно меньшем наименьшего напряжения на токоприемнике. Второй из предложенных вариантов технически осуществим при отставании основной гармоники тока электровоза на угол, превышающий 90 эл. град., но заметно меньший 180 эл. град. Рекуперативное торможение с коэффициентом мощности, близким к единице, возможно лишь теоретически, а практически может быть реализован коэффициент мощности на уровне 0,8…0,9. Тангенс угла между действующим током и его активной составляющей должен быть больше (для некоторого запаса) частного от деления активного на индуктивное сопротивление тяговой сети между электровозом и тяговой подстанцией. При управлении однофазными обратимыми преобразователями напряжения с постоянным углом сдвига необходимо дополнительно учитывать технологическое уменьшение активного сопротивления, например, из-за износа контактного провода.

Результаты

Результаты. В статье показаны возможность и условия осуществления рекуперативного торможения на электровозах переменного тока. Согласно полученным результатам к разработке рекомендуется более прогрессивная система управления током электровоза с дополнительным каналом регулирования индуктивной составляющей тока рекуперации.

Обсуждение и заключение

Обсуждение и заключение. Прогрессивная система управления может способствовать стабилизации напряжения на токоприемнике и совместно с каналом регулирования активной составляющей тока рекуперации обеспечивать поддержание величины напряжения на более высоком уровне, определяемом фактическими электрическими параметрами контактной сети и поездной обстановкой.

Introduction

Introduction. The authors analyse the problem of implementing regenerative braking on the AC locomotive with a monophase reversible voltage converter.

Materials and methods

Materials and methods. The article consided theoretically possible options for the operation of monophase reversible voltage converters during regenerative braking, in which: 1) the reactive component of the electric locomotive current had a capacitive nature, and the operating current of the electric locomotive was ahead of its reactive component; 2) the reactive component of the electric locomotive current had an inductive nature, and the current of the electric locomotive was ahead of its active component. The research demonstrated that the former was only theoretically possible, since the regeneration of current into the contact network was carried out at a very low voltage, significantly less than the lowest voltage on the current collector. The latter was technically feasible in terms of the main harmonic of the electric locomotive current lagged by an angle exceeding of 90 electrical degree, but noticeably smaller than 180 electrical degree. Regenerative braking with a power factor close to unity was possible only theoretically, but in practice a power factor of 0.8–0.9 should be realized. The tangent of the angle between the effective current and its active component was greater (for a certain margin) than the quotient from dividing the active by the inductive resistance of the traction network between the electric locomotive and the traction substation. Moreover, it was necessary to consider the technological reduction of the ohmic resistance in the process of the monophase reversible voltage transducer control (e. g. over the deterioration of contact wire).

Results

Results. The article demonstrates the possibility and conditions for the regenerative braking implementation on AC locomotives. Hence, a more advanced electric locomotive current control system with an additional channel for regulating the inductive component of the recuperation current is recommended for development.

Discussion and conclusion. An advanced control system stabilizes the current collector voltage and with the channel for regulating the active component of the regeneration current provide for the voltage maintanance at a higher level, determined by the actual electrical parameters of the contact network and the train traffic.

электровоз переменного токатяговая сетьтяговая подстанцияоднофазный обратимый преобразователь напряжениярекуперативное торможениеасинхронный тяговый двигательбиполярный транзистор с изолированным затворомAC locomotivetraction networktraction substationmonophase reversible voltage converterregenerative brakingasynchronous tractive motorbipolar insolated gate transistorReferencesГОСТ 6962–75. Транспорт электрифицированный с питанием от контактной сети. Ряд напряжений: дата введения 1977-01-01. М.: Гос. комитет стандартов Совета Министров СССР, 1976. 8 с.GOST 6962–75. Transport elektrifitsirovannyy s pitaniem ot kontaktnoy seti. Ryad napryazheniy [Electrified transport with overhead system power supply. Voltage row], data vvedeniya [introduction date] 1977-01-01. Moscow: Gos. komitet standartov Soveta Ministrov SSSR [State committee of standards of the Council of Ministers of the USSR] Publ.; 1976. 8 p. (In Russ.).Тихменев Б. Н., Кучумов В. А. Электровозы переменного тока с тиристорными преобразователями. М.: Транспорт, 1988. 312 с.Tikhmenev B. N., Kuchumov V. A. Elektrovozy peremennogo toka s tiristornymi preobrazovatelyami [AC electric locomotives with thyristor converters]. Moscow: Transport Publ.; 1988. 312 p. (In Russ.).Depenbrock M. Einphasen–Stromrichter mit sinusformigen Netzform und gut geglatteten Gleichgrossen // ETZ–A. 1973. Vol. 94, Heft 8. S. 466–471.Depenbrock M. Einphasen–Stromrichter mit sinusformigen Netzform und gut geglatteten Gleichgrossen. ETZ–A. 1973;94(8):466–471.Körbe r J. Grundlegende Gesichtspunkte für die Auslegung elektrischer Triebfahzeuge mit asynchronen Fahrmotoren // Elektrische Bahnen. 1974. No. 45, Heft 3. S. 52–59.Körber J. Grundlegende Gesichtspunkte für die Auslegung elektrischer Triebfahzeuge mit asynchronen Fahrmotoren. Elektrische Bahnen. 1974;45(3):52–59.Guthlein H. Die neue electrischer Lokomotive 10 der Deutschen Bundesbahn in Drehstromantriebstechnik // Elektrische Bahnen. 1974. No. 45, Heft 9. S. 248–257.Guthlein H. Die neue electrischer Lokomotive 10 der Deutschen Bundesbahn in Drehstromantriebstechnik. Elektrische Bahnen. 1974;45(9):248–257.Литовченко В. В. Определение энергетических показателей электроподвижного состава переменного тока с 4q–S преобразователями // Электротехника. 1993. № 5. С. 23–31.Litovchenko V. V. Opredelenie energeticheskikh pokazateley elektropodvizhnogo sostava peremennogo toka s 4q–S preobrazovatelyami [Determination of energy indicators of AC electric rolling stock with 4q–S converters]. Elektrotekhnika = Russian Electrical Engineering. 1993;(5):23–31. (In Russ.).Игин В. Н. Энергоэффективность локомотивов в зеркале статистики // Локомотив. 2016. № 8. С. 2–6.Igin V. N. Energoeffektivnost' lokomotivov v zerkale statistiki [Energy efficiency of locomotives in the mirror of statistics]. Lokomotiv = Locomotive. 2016;(8):2–6. (In Russ.).Усвицкий С. А. Пути создания нового поколения магистральных электровозов // Вестник Всероссийского научно- исследовательского и проектно-конструкторского института электровозостроения (Вестник ВЭлНИИ). 2009. № 2 (58). С. 17–33.Usvitskiy S. A. Puti sozdaniya novogo pokoleniya magistral'nykh elektrovozov [Ways to create a new generation of mainline electric locomotives]. Vestnik Vserossiyskogo nauchno-issledovatel'skogo i proektnokonstruktorskogo instituta elektrovozostroeniya (Vestnik VELNII) = Bulletin of the All-Russian Scientific Research and Design Institute of Electric Locomotive Building (VELNII Bulletin). 2009;2(58):17–33. (In Russ.).Марквардт К. Г.Электроснабжение электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1982. 528 с.Markvardt K. G. Elektrosnabzhenie elektrifitsirovannykh zheleznykh dorog [Power supply of electrified railways]. Moscow: Transport Publ.; 1982. 528 p. (In Russ.).Тер-Оганов Э. В., Пышкин А. А. Электроснабжение железных дорог: учеб. Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2014. 432 с.Ter-Oganov E. V., Pyshkin A. A. Elektrosnabzhenie zheleznykh dorog: ucheb. [Power supply of railways: Textbook]. Ekaterinburg, UrGUPS Publ.; 2014. 432 p. (In Russ.).Быков Ю. Г., Иньков Ю. М., Симонов М. Д. Регулировочные характеристики однофазного обратимого преобразователя напряжения // Электричество. 1996. № 9. С. 63–66.Bykov Yu. G., In'kov Yu. M., Simonov M. D. Regulirovochnye kharakteristiki odnofaznogo obratimogo preobrazovatelya napryazheniya [Regulating features of a monophase reversible voltage converter]. Elektrichestvo = Electricity. 1996;(9):63–66. (In Russ.).О безопасности железнодорожного подвижного состава: технический регламент Таможенного союза: ТР/ТС 001/2011 (в редакции Решения Совета Евразийской экономической комиссии от 14 сентября 2021 г. № 90) [Электронный ресурс]. URL: http://www.eurasiancommission.org/ru/act/texnreg/deptexreg/tr/Documents/TR%20Podvignoisostev%20PID.pdf (дата обращения: 11.02.2022).O bezopasnosti zheleznodorozhnogo podvizhnogo sostava: tekhnicheskiy reglament Tamozhennogo soyuza: TR/TS 001/2011 (v redaktsii Resheniya Soveta Evraziyskoy ekonomicheskoy komissii ot 14 sentyabrya 2021 g. № 90) [On the safety of railway rolling stock: technical regulations of the Customs Union: TR/TS 001/2011 (as amended by the Decision of the Council of the Eurasian Economic Commission dated September 14, 2021 No. 90)]. URL: http://www.eurasiancommission.org/ru/act/texnreg/deptexreg/tr/Documents/TR%20Podvignoisostev%20PID.pdf (access date: 11.02.2022). (In Russ.).Кулинич Ю. М. Электронная преобразовательная тех- ника: учеб. пособие для студентов вузов ж.-д. транспорта. М.: Учеб.-метод. центр по образованию на ж.-д. транспорте, 2015. 202 с.Kulinich Yu. M. Elektronnaya preobrazovatel'naya tekhnika: ucheb. posobie dlya studentov vuzov zh.-d. transporta [Electronic converting technology: Tutorial for students of transport universities]. Moscow: Ucheb.-metod. tsentr po obrazovaniyu na zh.-d. transporte [Educational and methodological center for education in railway transport] Publ.; 2015. 202 p. (In Russ.).Ермоленко Д. В. Повышение электромагнитной совместимости системы тягового электроснабжения с тиристорным электроподвижным составом: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.22.09. М.: ВНИИЖТ, 1979. 22 с.Ermolenko D. V. Povyshenie elektromagnitnoy sovmestimosti sistemy tyagovogo elektrosnabzheniya s tiristornym elektropodvizhnym sostavom: avtoref. dis. ... kand. tekhn. nauk [Improving the electromagnetic compatibility of the traction power supply system with thyristor electric rolling stock: Cand. … Dr. Tech. Sci. Synopsis]. Moscow: VNIIZhT Publ.; 1979. 22 p. (In Russ.).Савоськин А. Н., Кулинич Ю. М., Алекс е ев А. С. Математическое моделирование электромагнитных процессов в динамической системе «контактная сеть — электровоз» // Электричество. 2002. № 2. С. 29–35.Savos'kin A. N., Kulinich Yu. M., Alekseev A. S. Matematicheskoe modelirovanie elektromagnitnykh protsessov v dinamicheskoy sisteme “kontaktnaya set' — elektrovoz” [Mathematical modeling of electromagnetic processes in the dynamic system “contact network — electric locomotive”]. Elektrichestvo = Electricity. 2002;(2):29–35. (In Russ.).Сопротивления электротяговой сети однофазного переменного тока железных дорог / Е. П. Фигурнов [и др.] // Электричество. 2021. № 11. С. 35–44.Figurnov E. P., Bykadorov A. L., Zharkov Yu. I., et al. Soprotivleniya elektrotyagovoy seti odnofaznogo peremennogo toka zheleznykh dorog [Resistances of the electric traction network of monophase AC of railways]. Elektrichestvo = Electricity. 2021;(11):35–44. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.