Mathematical model for calculating losses in pulsed current traction motors
Keywords:
traction electric motor NB-514E, electric machines, locomotive, mathematical model, Eastern polygon, losses in traction electric motors, heating of electric motor units, spline interpolationAbstract
By decree of the Government of the Russian Federation dated April 28, 2021 No. 1100-r, an investment project passport was approved, the target indicator being increasing the carrying capacity of the Baikal-Amur and Trans-Siberian railways by one and a half times, up to 180 million tons per year, including in 2021 year - 144 million tons, in 2022 – 158 million tons, in 2023 – 173 million tons, in 2024 – 180 million tons. Achieving the target values is also due to the driving of freight trains weighing 7100 tons throughout the entire circulation area, which undoubtedly results in an increase in the cases of traction electric motors operation in the 3.4 ES5K series locomotives in the hourly mode current range and, as a result, to its significant heating. One of the main factors affecting the heating of electric motor units are losses (electrical, magnetic, mechanical, and others). Traction motors account for more than one-fifth of all failures. The use of electric locomotives with at least one traction motor out of order can lead to the involvement of auxiliary locomotives, disruption of the train schedule and, as a result, failure to meet targets. The article analyzes the losses that occur in the NB-514E traction electric motors during operation developing a flexible mathematical model that allows to calculate losses for various pulsating current traction electric motors. Using the model developed, the calculation was performed of losses for the NB-514E electric motor in the section from the railway station Smolyaninovo to the Nakhodka railway station (even direction) with a limiting slope of 28%.
References
Шрайбер М.А. Моделирование теплового состояния тягового электродвигателя постоянного тока // Бюл. результатов науч. исследований. 2014. № 4 (13). С. 36 – 38.
Дурандин М.Г., Кузьминых И.А. Расчет электрических полей в якорной изоляции тяговых электродвигателей локомотивов с учетом теплового фактора // Вестник УрГУПС. 2010. № 4 (8). С. 30 – 37.
Дворкин П.В., Курилкин Д.Н. Анализ теплового состояния тяговых электродвигателей по данным микропроцессорной системы управления // Известия Петербургского университета путей сообщения. 2019. Т. 16. № 3. C. 401 – 409.
Прибылова Н.В., Филонов С.А., Аксенов И.И. Потери на вихревые токи в обмотках электрических машин, вынесенных в воздушный зазор // Наука вчера, сегодня, завтра : материалы научно-практической конференции. Воронеж, 2016. С. 236 – 239.
Пономарчук Ю.В., Пляскин А.К., Кейно М.Ю. Методика обработки и анализа данных бортовых устройств регистрации параметров работы локомотивов // Бюллетень Объединенного ученого совета ОАО «РЖД». 2018. № 2. С. 58 – 68.
Давыдов Ю.А., Пляскин А.К. Тяговые электрические машины. Хабаровск : ДВГУПС, 2012. 126 с.
Давыдов Ю.А. Тяговые электрические машины. Хабаровск : ДВГУПС, 2006. 116 с.
Гребенников Н.В., Харченко П.А. Определение энергетических параметров при ведении поезда // Транспорт: наука, образование, производство: сборник научных трудов Международной научно-практической конференции. Ростов-на-Дону, 2021. С. 193 – 197.
Зарифьян А.А., Мустафин А.Ш. Изучение электромеханических процессов в коллекторном тяговом двигателе с учетом потерь // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2021. № 3(83). С. 81 – 89.
Фошкина Н.В., Кудинов И.А. Повышение энергоэффективности электровозов 2(3,4)ЭС5К // Вестник Всероссийского научно-исследовательского и проектно-конструкторского института электровозостроения. 2016. №4 (74). С. 10 – 18.
ГОСТ 2582-81 Машины электрические вращающиеся тяговые. Утвержден постановлением N 2598 от 26 мая 1981 г. Гос. комитета СССР по стандартам. Введен в действие: 01.01.1983. М. : Издательство стандартов, 1981. 34 с.
Проектирование тяговых электрических машин / М.Д. Находкин, Г.В. Василенко, В.И. Бочаров [и др.]. М. : Транспорт, 1976. 624 с.
Юдина О.И. Математическое моделирование добавочных потерь в двигателях постоянного тока при пульсирующем питании : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Ставрополь, 2008. 146 с.
Валентейчик А.Г. Методология расчета потерь электроэнергии в щеточно-коллекторном узле тяговых двигателей постоянного тока // Вестник транспорта Поволжья. 2009. №1 (17). С. 63 – 65.
Седова И.Ю., Юдина О.И. Моделирование добавочных потерь в системе «двигатель постоянного тока - силовой полупроводниковый преобразователь» // Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1. С. 57-62.
Афанасов А.М. Выбор методов определения механических потерь в тяговых электродвигателях постоянного и пульсирующего тока // Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту ім. академіка В. Лазаряна. 2010. № 32. С. 151 – 154.
Гермидер О.В., Попов В.Н. Математическое моделирование процесса переноса тепла в прямоугольном канале в зависимости от числа Кнудсена // Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ : материалы VII Всероссийской научной молодежной школы-семинара имени Е.В. Воскресенского с международным участием. Саранск, 2016. С. 34–36.
Дьяконов В.П. Энциклопедия компьютерной алгебры : [Mathcad, Maple, MATLAB, Mathematica, Derive, MuPAD; аналитические и численные вычисления и их визуализация; сотни примеров математических расчетов]. М. : ДМК Пресс, 2012. 1263 с.
Афанасов А.М. Энергетические показатели механического способа компенсации электрических потерь в тяговых электродвигателях при их взаимной нагрузке // Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту ім. академіка В. Лазаряна. 2010. № 35. С. 69 – 73.
Афанасов А.М. Универсальные характеристики магнитных потерь в тяговых электрических машинах // Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту ім. академіка В. Лазаряна. 2010. № 31. С. 77 – 80.
Паспорт НБ-514Е 6ТС.155.040 ПС двигателя пульсирующего тока. Новочеркасск: Новочеркасский электровозостроительный завод, 2012. 17 с.
Блинов П.Н., Сковородников Е.И. Тяговые расчеты. Омск : ОмГУПС, 2015. 34 с.
Кузьмич В.Д., Руднев В.С., Френкель С.Я. Теория локомотивной тяги. М. : Маршрут, 2005. 448 с.
