Prospective development of the theory of electromagnetic, energy processes and improvement of electric traction technology
Keywords:
spectrum analysis, harmonic components, three-phase induction motor, electric tractionAbstract
Semiconductor technology that shortens the duration of irreversible conversion of electrical energy into another form of energy is produced in Russia and abroad. Popular technical solutions have disadvantages. They are the cause of reduced energy efficiency of the equipment and the generation of electromagnetic interference in the electrical power system for electric traction. The Irkutsk State Transport University has developed a new theory of electromagnetic and energy processes in electrical circuits with semiconductor technology. Analytically justified directions for energy-saving use of centralized and autonomous energy sources for electric traction. Technical solutions are proposed for the continuous transmission of electrical energy from the power source to the electric traction equipment. Calculations were made to test the scientific theory using the developed energy characterisation, spectral analysis, computer modelling, and MATLAB software in Simulink. Using electric train traction as an example, the possibility of increasing the efficiency of electric traction by 15,3 %, increasing the total train mass by 3,3 times and increasing the speed by 32,5 % as compared to AC traction with 25 kV 50 Hz is proved. The total harmonic voltage component ratio in the overhead line is less than 0,98 %. The results of this study indicate that it is possible to significantly increase the productivity of transport operations, improve energy efficiency and reduce electromagnetic interference. This is possible by improving electric traction technology. The direction for improving electric traction technology powered by autonomous energy sources is theoretically proven. Among the advantages of this trend is the possibility of increasing the autonomous energy resource and mileage of electric vehicles by reducing the current load on energy sources.
References
Poynting J.H. On the Transfer of Energy in the Electromagnetic Field. Philosophical Transactions of the Royal Society of Lon-don. 1884. № 175. Р. 343–361. DOI 10.1098/rstl.1884.0016.
Умов Н.А. Избранные сочинения. М.-Л. : Гостехиздат, 1950. 575 с.
Кабанов И.Д., Горбунов А.Н., Редько И.Я. Теоретические основы электротехники. Ч. 1. Челябинск: ЧГАУ, 1996. 380 с.
Кабанов И. Д., Горбунов А. Н., Редько И.Я. Теоретические основы электротехники. Ч. 2. Челябинск: ЧГАУ, 1996. 229 с.
Маевский О.А. Энергетические характеристики вентильных преобразователей. М. : Энергия, 1978. 320 с.
Francesco V., Luigi I. Dynamic and Control of Switched Electronic Systems // Advanced Perspectives for Modeling, Simulation and Control of Power Converters. London : Springer, 2012. 492 p.
Розанов Ю.К., Бурман А.П., Шакарян Ю.Г. Управление потоками электроэнергии и повышение эффективности элек-троэнергетических систем. М. : МЭИ, 2012. 336 с.
Multivariable Deadbeat Control of Power Electronics Converter with Fast Dynamic Response and Fixed Switching Frequency / J. Rothen, D. Dewar, P. Zanchetta et al. // Energies. 2021. Vol. 14 (2), Is. 313. DOI 10.3390/en14020313.
Бурков А.Т. Электроника и преобразовательная техника. М. : УМЦ по образованию на ж.-д. трансп., 2015. Т. 2. 307 с.
Deadbeat Control for a Single-Inductor Multiple-Input Multiple-Output DC–DC Converter / B. Wang, X. Zhang. J. Ye et al. // IEEE Transactions on Power Electronics. 2018, Vol. 34, Is. 2. P. 1914–1924.
Алексеева Т.Л. Анализ закономерностей регулирования мощности в электроэнергетической системе. Иркутск : Изд-во ИрГУПС, 2018. 208 с.
Рябченок Н.Л. Повышение энергетической эффективности регуляторов мощности электроподвижного состава. Ир-кутск : Изд-во ИрГУПС, 2018. 196 с.
Демирчан К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В. Теоретические основы электротехники. СПб. : Питер, 2009. Т. 2. 431 с.
Афанасьев Б.П., Гольдин О.Е., Кляцкин И.Г. Теория линейных электрических цепей. М. : Высш. шк., 1973. 592 с.
Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. М. : Высш. шк., 1996. 638 с.
Атабеков Г.И. Теоретические основы электротехники . Ч. 1. Линейные электрические цепи. М. : Энергия, 1970. 592 с.
Инновационные перспективы тягового электроподвижного состава / А.В. Воротилкин, Н.Л. Михальчук, Н.Л. Рябченок и др. // Мир транспорта. 2015. Т. 13. № 6. С. 62–76.
Пат. 2784926 Рос. Федерация. Способ распределения, суммирования и регулирования мощности потоков электриче-ской энергии при преобразовании трехфазного напряжения в постоянное / Т.Л. Алексеева, Н.Л. Рябченок, Л.А. Астраханцев и др. № 2021113473 ; заявл. 11.05.2021 ; опубл. 01.12.2022, Бюл. № 34. 7 с.
Энергетическая эффективность тягового привода магистральных электровозов / Н.Л. Рябченок, Т.Л. Алексеева, А.Л. Астраханцев и др. // Изв. Транссиба. 2020. № 1 (41). С. 29–41.
Трансформаторное оборудование : каталог // Тольяттинский трансформатор : сайт. URL : https://www.transformator.com.ru/ttproduction/transform/ (Дата обращения 10.02.2023).
Каталог тяговых электродвигателей ОАО НПО «Новочеркасский электровозостроительный завод» // Региональный Центр Инновационных Технологий : сайт. URL: http://www.rcit.su/techinfoE0.html (Дата обращения 10.02.2023).
Динамические процессы в асинхронном тяговом приводе магистральных электровозов / Ю.А. Бахвалов, Г.А. Бузало, А.А. Зарифьян и др. М. : Маршрут, 2006. 374 с.
Герман-Галкин С. Г. Matlab & Simulink. Проектирование мехатронных систем на ПК. СПб. : КОРОНА-Век, 2008. 368 с.
Компьютерное моделирование электромеханических систем постоянного и переменного тока в среде Matlab Simulink / Ю.Н. Дементьев, В.Б. Терехин, И.Б. Однокопылов и др. Томск : ТПУ, 2018. 497 с.
Трансформаторы и автотрансформаторы напряжением 10-220 кв для электрифицированных железных дорог на пере-менном токе : каталог // Энерготранс : сайт. URL: http://www.tmg66.ru/catalog/?il_cdid=104 (Дата обращения: 10.02.2023).
