vestnikvniizhtВестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВЕСТНИК ВНИИЖТ)RUSSIAN RAILWAY SCIENCE JOURNAL2223-97312713-2560Joint Stock Company "Railway Research Institute"10.21780/2223-9731-2023-82-1-70-79vestnikvniizht-683Research ArticleАвтоматизация и управление технологическими процессами на железнодорожном транспортеAUTOMATION AND CONTROL OF TECHNOLOGICAL PROCESSES IN RAILWAY TRANSPORTОптимальное управление асинхронным приводом вспомогательных машин электроподвижного составаOptimal control of asynchronous drive of auxiliary machines of electric rolling stockhttps://orcid.org/0000-0002-7725-8152КулиничЮ. М.KulinichYu. M.

Юрий Михайлович Кулинич, д-р техн. наук, профессор, кафедра «Транспорт железных дорог»

Author ID: 360696

ДВГУПС, 680021, г. Хабаровск, ул. Серышева, д. 47

Yuriy M. Kulinich, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Railway Transport Department

Author ID: 360696

680021, Khabarovsk, 47, Serysheva St.

https://orcid.org/0000-0001-7856-6651ШухаревС. А.ShukharevS. A.

Сергей Анатольевич Шухарев, канд. техн. наук, доцент, кафедра «Транспорт железных дорог»

Author ID: 889967

ДВГУПС, 680021, г. Хабаровск, ул. Серышева, д. 47

Sergey A. Shukharev, Cand. Sci. (Eng.) , Associate Professor, Railway Transport Department

Author ID: 889967

680021, Khabarovsk, 47, Serysheva St.

shuharevsa@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-7412-3298ДуховниковВ. К.DukhovnikovV. K.

Вячеслав Константинович Духовников, канд. техн. наук, директор Приморского института железнодорожного транспорта — филиала Дальневосточного государственного университета путей сообщения в г. Уссурийске

Author ID: 616256

ПримИЖТ, 692522, Приморский край, г. Уссурийск, ул. Пушкина, д. 166

Vyacheslav K. Dukhovnikov, Cand. Sci. (Eng.) , Director of the Primorsky Institute of Railway Transport, the Ussuriysk Branch of the Far Eastern State Transport University

Author ID: 616256

692522, Primorskiy Krai, Ussuriysk, 166, Pushkina St.

https://orcid.org/0000-0001-8850-7954СтародубцевД. А.StarodubtsevD. A.

Дмитрий Алексеевич Стародубцев, инженер, кафедра «Транспорт железных дорог»

ДВГУПС, 680021, г. Хабаровск, ул. Серышева, д. 47

Dmitriy A. Starodubtsev, Engineer, Railway Transport Department

680021, Khabarovsk, 47, Serysheva St.

Дальневосточный государственный университет путей сообщения (ДВГУПС)РоссияFar Eastern State Transport UniversityRussian Federation2023050420238217079Copyright © Кулинич Ю.М., Шухарев С.А., Духовников В.К., Стародубцев Д.А., 20232023Кулинич Ю.М., Шухарев С.А., Духовников В.К., Стародубцев Д.А.Kulinich Y.M., Shukharev S.A., Dukhovnikov V.K., Starodubtsev D.A.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/683Введение

Введение. Рассмотрена задача повышения энергоэффективности асинхронного привода, в частности, вспомогательных электрических машин электровоза. Эта публикация является продолжением тематики оптимального управления асинхронными машинами, начатой в No 5, 2021 г. и No 1, 2022 г. в журнале «Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта».

Материалы и методы

Материалы и методы. Для расчета динамических характеристик асинхронного привода применено программное обеспечение SimInTech российской компании «3В Сервис», предназначенное для моделирования различных прикладных задач. С помощью пакета прикладных программ SimInTech разработана математическая модель предлагаемой системы оптимального векторного управления асинхронным двигателем.

Результаты

Результаты. Было установлено, что применение разработанной системы оптимального управления позволяет уменьшить потребляемый двигателем ток. Представленные результаты имитационного моделирования подтвердили правильность принятых схемотехнических решений.

Обсуждение и заключение

Обсуждение и заключение. Предложенная система оптимального управления вспомогательными машинами электровоза предназначена для повышения энергоэффективности привода за счет применения нового алгоритма выбора оптимальной величины потокосцепления ротора, которая позволяет уменьшить величину потребляемого двигателем тока. Представленная структура векторного управления может быть успешно реализована на базе современных микроконтроллеров.

Introduction

Introduction. The authors considered the problem of increasing the energy efficiency of an asynchronous drive, in particular, auxiliary electric machines of an electric locomotive. The publication continues the topic of optimal control of asynchronous machines from the past articles in No. 5, 2021 and No. 1, 2022 of the Russian Railway Science Journal.

Materials and methods

Materials and methods. The calculation of the dynamic characteristics of an asynchronous drive used the SimInTech software of 3V Service, a Russian company, designed to simulate various applied problems. The SimInTech software package was used in the development of a mathematical model of the proposed system for optimal vector control of an asynchronous drive.

Results

Results. The authors have found that the developed system of optimal control enables to reduce the current consumed by the asynchronous drive. These simulation modeling results confirmed that the adopted circuit solutions are correct.

Discussion and conclusion. The proposed system of optimal control of electric locomotive auxiliary machines is designed to improve the energy efficiency of the drive with a new algorithm for selecting the optimal value of the rotor flux linkage by reducing the current consumed by the drive. This vector control structure could be successfully implemented on the basis of modern microcontrollers.

электровозвспомогательные электромашиныасинхронный двигательвекторное управлениеоптимальное потокосцеплениеимитационное моделированиеelectric locomotiveauxiliary electric machinesasynchronous drivevector controloptimal flux linkagesimulation modelingАвторы выражают благодарность рецензентам за полезные замечания, способствующие улучшению статьи.The authors declare no conflict of interest and no financial interests in any material discussed in this article.ReferencesСамосейко В. Ф., Гуськов В. О. Оптимальное управление асинхронным двигателем по критерию потерь энергии // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. 2020. Т. 12, No 4. С. 775–788. https://doi.org/10.21821/230951802020124775788.Samoseiko V. F., Guskov V. O. Optimal control of an asynchronous motor according to the criterion of energy losses. Vestnik Gosudarstvennogo universiteta morskogo i rechnogo flota imeni admirala S. O. Makarova. 2020; 12(4):775 788. (In Russ.). https://doi.org/10.21821/230951802020124775788.Патент No 2402147 Российская Федерация, МПК H02P 21/08, H02P 27/04. Способ оптимального векторного управления асин хронным двигателем: No 2009133125/07: заявл. 04.09.2009: опубл. 20.10.2010 / Изосимов Д. Б., Макаров Л. Н. 16 с.Izosimov D. B., Makarov L. N. Patent No. 2402147 Russian Federation, MPK H02P 21/08, H02P 27/04. Method of optimum vector control of asynchronous motor: No. 2009133125/07: appl. 04.09.2009: publ. 20.10.2010. 16 p. (In Russ.).Патент No 2132110 Российская Федерация, МКП Н02Р 21/00. Способ оптимального векторного управления асинхронным электродвигателем и электропривод для осуществления этого способа (варианты): No 98105552/09: заявл. 25.03.1998: опубл. 20.06.1999 / Мищенко В. А., Мищенко Н. И., Мищенко А. В. 35 с.Mishchenko V. A., Mishchenko N. I., Mishchenko A. V. Patent No. 2132110 Russian Federation, MPK Н02Р 21/00. Method for optimal vector control of induction electric motor and electric drive which implements said method: No. 98105552/09:appl. 25.03.1998: publ. 20.06.1999. 35 p. (In Russ.).Усольцев А. А. Частотное управление асинхронными двигателями: учеб. пособие. СПб: СПбГУ ИТМО, 2006. 94 с.Usol'tsev A. A. Chastotnoe upravlenie asinkhronnymi dvigatelyami: ucheb. posobie [Frequency control of asynchronous motors: Textbook]. St. Petersburg: SPbGU ITMO; 2006. 94 p. (In Russ.).Моделирование векторного управления асинхронным при водом вспомогательных машин электроподвижного состава /Ю. М. Кулинич [и др.] // Вестник Научно исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 2022. Т. 81, No 1. С. 23–30 https://doi.org/10.21780/2223973120228112330.Kulinich Yu. M., Shukharev S. A., Dukhovnikov V. K., Gulyaev A. V. Modeling vector control of the asynchronous drive of electric rolling stock auxiliary machines. Russian Railway Science Journal. 2022; 81(1):2330. (In Russ.). https://doi.org/10.21780/2223973120228112330.Калачев Ю. Н. SimInTech: моделирование в электроприводе. М.: ДМК Пресс, 2019. 98 с. [Kalachev Yu. N. SimInTech: modelirovaniev elektroprivode [SimInTech: simulation in the electric drive]. Moscow: DMK Press; 2019. 98 p. (In Russ.).Kalachev Yu. N. SimInTech: modelirovanie v elektroprivode [SimInTech: simulation in the electric drive]. Moscow: DMK Press; 2019. 98 p. (In Russ.).Романова В. В., Хромов С. В., Суслов К. В. Анализ воздействующих факторов, влияющих на эксплуатационную надежность низковольтных асинхронных электродвигателей // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2021. Т. 23, No 3. С. 80–89 https://doi.org/10.30724/1998990320212338089.Romanova V. V., Khromov S. V., Suslov K. V. Analysis of influencing factors affecting the operational reliability of lowvoltage asynchronous electric motors. Power engineering: research, equipment, technology. 2021;23(3):8089. (In Russ.). https://doi.org/10.30724/1998990320212338089.Герман Галкин С. Г., Карташов Б. А., Литвинов С. Н. Модельное проектирование электромеханических мехатронных модулей движения в среде SimInTech. М.: ДМК Пресс, 2021. 494 с.German Galkin S. G., Kartashov B. A., Litvinov S. N. Model'noe proekti rovanie elektromekhanicheskikh mekhatronnykh modulei dvizheniya v srede SimInTech [Model design of electromechanical mechanisms of me chatronic motion in the SimInTech environment]. Moscow: DMK Press; 2021. 494 p. (In Russ.).Bellan D. Clarke Transformation Solution of Asymmetrical Transients in Three Phase Circuits. Energies. 2020;13(19):5231. https://doi.org/10.3390/en13195231.Bellan D. Clarke Transformation Solution of Asymmetrical Tran sients in Three Phase Circuits. Energies. 2020;13(19):5231. https://doi.org/10.3390/en13195231.Pradeep J., Devanathan R. Adoption of Park’s Transformation for Inverter Fed Drive. International Journal of Power Electronics and Drive System. 2015;5(3):366 373. http://doi.org/10.11591/ijpeds.v5.i3.pp366373.Pradeep J., Devanathan R. Adoption of Park’s Transformation for Inverter Fed Drive. International Journal of Power Electronics and Drive System. 2015;5(3):366 373. http://doi.org/10.11591/ijpeds.v5.i3.pp366373.Терехин В. Б. Моделирование систем электропривода в Simulink (Matlab 7/0/1): учеб. пособие. Томск: Издво Томско го политехн. унта, 2008. 320 с.Terekhin V. B. Modelirovanie system elecktroprivoda v Simulink (Matlab 7.0.1): ucheb. posobie [Modeling of electric drive systems in Simulink (Matlab 7.0.1): Tutorial]. Tomsk: Publishing house of Tomsk Polytechnic University; 2008. 320 p. (In Russ.).Автоматизация электроподвижного состава: учеб. для вузов по спец. ж. д. транспорта / под ред. А. Н. Савоськина. М.: Транспорт, 1990. 312 с.Savos'kin A. N. (ed.). Avtomatizatsiya elektropodvizhnogo sostava: ucheb. dlya vuzov po spets. zh.d. transporta [Electric rolling stock automation: Textbook for railway universities]. Moscow: Transport; 1990. 312 p. (In Russ.).Кулинич Ю. М., Шухарев С. А., Гуляев А. В. Повышение энергетической эффективности вспомогательных машин электровоза переменного тока // Вестник Научно исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 2021. Т. 80, No 5. С. 276–284 https://doi.org/10.21780/222397312021805276284.Kulinich Yu. M., Shukharev S. A., Gulyaev A. V. Increasing the energy efficiency of auxiliary machines of AC electric locomotive. Russian Railway Science Journal. 2021;80(5):276 284. (In Russ.). https://doi.org/10.21780/222397312021805276284.Электровоз 2ЭС5К (3ЭС5К) магистральный. Руководство по эксплуатации. Книга 3. Новочеркасск, 2004. 31 с.Elektrovoz 2ES5K (3ES5K) magistral'nyy. Rukovodstvo po ekspluatatsii. Kniga 3. [Electric locomotive 2ES5K (3ES5K) mainline. Manual. Book 3]. Novocherkassk; 2004. 31 p. (In Russ.).

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