Promising energy technologies for electric traction of trains
Keywords:
converter transformer, spectrum analysis, harmonic components, three-phase induction motor, voltage, current, electric traction, technologies of electric traction of trains, traction electric rolling stock, three-phase rectifierAbstract
Advanced electric train traction technologies are currently being developed in Russia to increase carrying and throughput capacity making maximum use of the equipment currently manufactured and operated in Russia using new scientific developments, modern semiconductor technology and electromagnetic devices in the high-voltage DC traction power supply system and on traction electric rolling stock. The efficiency of electric traction trains is substantially increased by using energy-saving technology of conversion of AC three-phase voltage into DC high voltage and application of three-phase asynchronous traction motors NTA-1200. The efficiency of electric traction of trains was 87,4 % increasing by 13 % with 2,5 times increase of trains total mass and by 31,7 % in the speed as compared to AC traction with voltage 25 kV and frequency 50 Hz. The third and multiples of three harmonics are eliminated in the spectrum of higher harmonics of phase voltage and current which are present when using three-phase twelve-pulse series rectifiers. The total coefficient of harmonic components of the phase voltage in the primary windings of three single-phase converter transformers ORDTNZh-25000-220-U1 is 0,94 %, with voltage of the split secondary windings U2 = 27,5 kV. The results of electric traction research were obtained using current-carrying parts of PBSM-95, MF-100, A-185 contact pendant operated on an AC railway with a voltage of 25 kV and frequency 50 Hz. It is possible to traction three connected trains with total mass of 24 980 t and three-section electric locomotives with speed of 69 km/h with increase of cross-sectional area of contact suspension wires. By increasing the voltage frequency on asynchronous traction motor stator windings to fmax =135 Hz, it is possible to provide freight train speed of up to 143 km/h. This is 69 % more than the traction of trains equipped with collector machines.
References
Чернов Ю.А. Электроснабжение железных дорог. М. : УМЦ по образованию на ж.-д. трансп., 2016. 406 с.
Прогноз научно-технологического развития Российской Федерации на период до 2030 года. М. : М-во образования и науки РФ, 2014. 244 с.
Электровоз грузовой постоянного тока 2ЭС6 с коллекторными тяговыми электродвигателями. Екатеринбург : Урал. завод ж.-д. машиностр., 2008. 11 с.
Салита Е.Ю., Ковалева Т.В., Комякова Т.В. Обоснование внедрения двенадцатипульсовых выпрямителей последовательного типа в системе электроснабжения метрополитена // Изв. Транссиба. 2020. № 1 (41). С. 11–20.
Хохлов Ю.И., Сафонов В.И., Лонзингер П.В. Внешние и энергетические характеристики двенадцатифазных компенсированных выпрямителей с векторным управлением // Вестн. Южно-Урал. гос. ун-та. Сер. Энергетика. 2014.
Вып. 4. № 14. С. 37–45.
Аржанников Б.А. Тяговое электроснабжение постоянного тока скоростного и тяжеловесного движения поездов. Екатеринбург : УрГУПС, 2012. 207 с.
Аржанников Б.А., Набойченко И.О. Концепция усиления системы тягового электроснабжения постоянного тока напряжением 3,0 кВ. Екатеринбург : УрГУПС, 2015. 258 с.
Сидоров О.А., Смердин А.Н., Чертков И.Е. Взаимодействие токоприемников с контактными подвесками. Омск : ОмГУПС, 2014. 37 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.
Аржанников Б.А. Трехфазная система электрической тяги переменного тока. Екатеринбург : УрГУПС, 2020. 142 с.
Бурков А.Т. Электроника и преобразовательная техника. М. : УМЦ по образованию на ж.-д. трансп., 2015. Т. 2. 307 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.
Динамические процессы в асинхронном тяговом приводе магистральных электровозов / Ю.А. Бахвалов, Г.А. Бузало, А.А. Зарифьян и др. М. : Маршрут, 2006. 374 с.
Черемисин В.Т., Незевак В.Л., Шатохин А.П. Повышение энергетической эффективности перевозочного процесса на основе изменения параметров графика движения поездов. Омск : ОмГУПС, 2019. 250 c.
Ogunsola A., Mariscotti A. Electromagnetic compatibility in railways: Analysis and management. Berlin: Springer, 2013. 600 p.
Наумов А.А. Электромагнитная совместимость тяговых сетей электрифицированных железных дорог с рельсовыми цепями при пропуске поездов повышенного веса и длины. М. : ВНИИЖТ, 2007. 197 с.
Кулик Ю.А. Электрические машины. М. : Высш. шк., 1971. 456 с.
Каталог тяговых электродвигателей ОАО НПО «Новочеркасский электровозостроительный завод» // Региональный Центр Инновационных Технологий : сайт. URL: http://www.rcit.su/techinfoE0.html (Дата обращения: 30.09.2022).
Каталог трансформаторы III –VIII габарита ООО «Энерготранс» напряжением 10 –220 кВ для электрифицированных железных дорог переменного тока // Энерготранс : сайт. URL: http://www.tmg66.ru/catalog/?il_cdid=104 (Дата обращения: 30.09.2022).
Энергетическая эффективность в электрических цепях с полупроводниковыми приборами / Т.Л. Алексеева, Н.Л. Рябченок, Л.А. Астраханцев и др. // Вестн. Южно-Урал. гос. ун-та. Сер. Энергетика. 2020. Т. 20. № 2. С. 89–98.
Герман-Галкин С. Г. Matlab & Simulink. Проектирование мехатронных систем на ПК. СПб. : КОРОНА-Век, 2008. 368 с.
Оценка энергетической эффективности элементов энергетической системы / Т.Л. Алексеева, Н.Л. Рябченок, Л.А. Астраханцев и др. // Образование – Наука – Производство : материалы IV Всерос. науч.-практ. конф. Чита, 2020. Т. 1. С. 109–115.
