Proceedings of Petersburg Transport University Proceedings of Petersburg Transport University Известия Петербургского университета путей сообщения 1815-588X 2658-6851 65791 10.20295/1815-588X-2023-2-463-470 Общетехнические задачи и пути их решения GENERAL TECHNICAL PROBLEMS AND SOLUTION APPROACH Общетехнические задачи и пути их решения Simulation of Electric Braking Mode of a Diesel Locomotive with Series Excitation of Commutator Traction Motors Using a Power Semiconductor Converter Моделирование режима электрического торможения тепловоза с последовательным возбуждением коллекторных тяговых двигателей при использовании силового полупроводникового преобразователя Евсеев Вячеслав Юрьевич Evseev Vyacheslav Yur'evich Савоськин Анатолий Николаевич Savos'kin Anatoliy Nikolaevich elmechtrans@mail.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава Россия Research and Design Institute of Rolling Stock Russian Federation Российский университет транспорта Россия Russian University of Transport Russian Federation Российский университет транспорта Москва Россия Russia University of Transport Moscow Russian Federation 20 06 2023 20 06 2023 20 2 463 470 20 06 2023 https://itt-pgups.ru/en/nauka/article/65791/view

Цель: Рассмотреть структуру, преимущества и принцип работы нового транзисторного преобразователя на IGBT-транзисторах для тепловозов с коллекторными тяговыми двигателями в режиме электрического торможения, а также особенности реализации данного режима на тепловозах. Показать функциональную структуру системы автоматического управления преобразователем для режима электрического торможения. Построить потенциально возможную тормозную характеристику тепловоза с новым преобразователем. Методы: Имитационное моделирование режима электрического торможения с помощью компьютерной математической модели тягового привода в среде Matlab Simulink. Анализ результатов моделирования работы тягового привода в стационарных и динамических режимах. Сравнение полученной тормозной характеристики с существующей для тепловоза 2ТЭ25КМ. Результаты: Установлено, что применение предлагаемого транзисторного тягового преобразователя в силовой электрической схеме тепловоза обеспечивает поосное управление коллекторным тяговым электроприводом в режиме электрического торможения с последовательным возбуждением тяговых двигателей и позволяет существенно повысить эффективность электрического тормоза на низких скоростях движения. Предлагаемое решение реализует заданную тормозную силу локомотива в широком диапазоне скоростей, а также ее ограничения, обусловленные электромеханическими параметрами узлов тепловоза. Практическая значимость: Показано, что предлагаемое решение обеспечивает повышение эффективности электрического тормоза и продление ресурса тормозных колодок и колес подвижного состава.

Purpose: To consider the structure, advantages and operating principle of a new transistor converter based on isolated gate bipolar transistors (IGBT) for diesel locomotives with commutator traction motors in the electric braking mode, as well as the implementation features of this mode on diesel locomotives. To show the functional structure of the converter automatic control system for the electric braking mode. To plot a potential braking characteristic of a diesel locomotive with a new converter. Methods: Simulation modeling of the electric braking mode using a computational mathematical model of a traction drive in the Matlab Simulink environment. Analysis of the simulation results of the traction drive operation in stationary and dynamic conditions. Comparison of the obtained braking characteristic with the existing one for 2TE25KM diesel locomotive. Results: It is established that the use of the proposed transistor traction converter in the power electrical circuit of a diesel locomotive provides axis-by-axis control of a commutator traction electric drive in the electric braking mode with series excitation of traction motors and allows to significantly increase the electric brake efficiency at low speeds. The proposed solution implements the target braking force of the locomotive in a wide range of speeds, as well as its limitations due to the electromechanical parameters of the diesel locomotive assemblies. Practical significance: It is shown that the proposed solution provides the increase of the electric brake efficiency, life extension of brake shoes and wheels of the rolling stock.

 Коллекторный тяговый двигатель тормозная характеристика тепловоз тяговый пре- образователь тяговый привод электрическое торможение математическая модель система автоматического управления моделирование Matlab Simulink Commutator traction motor braking characteristic diesel locomotive traction converter traction drive electric braking mathematical model automatic control system simulation Matlab Simulink

Колесник И. К. Электропередачи тепловозов на переменно-постоянном токе / И. К. Колесник, Т. Ф. Кузнецов, В. И. Липовка и др. - М.: Транспорт, 1978. - 149 с. Kolesnik I. K. Elektroperedachi teplovozov na peremenno-postoyannom toke / I. K. Kolesnik, T. F. Kuznecov, V. I. Lipovka i dr. - M.: Transport, 1978. - 149 s. Шаркин И. А. Магистральный грузовой тепловоз 2ТЭ25КМ: структура системы управления и электрооборудования / И. А. Шаркин, В. А. Чудаков, В. А. Линьков и др. // Локомотив. - 2016. - № 1. - С. 42-43. Sharkin I. A. Magistral'nyy gruzovoy teplovoz 2TE25KM: struktura sistemy upravleniya i elektrooborudovaniya / I. A. Sharkin, V. A. Chudakov, V. A. Lin'kov i dr. // Lokomotiv. - 2016. - № 1. - S. 42-43. Магистральный грузовой двухсекционный тепловоз 2ТЭ25КМ. Руководство по эксплуатации. Часть 1. Техническое описание. 2ТЭ25КМ РЭ. Часть 1 / ЗАО «УК «БМЗ». - 2015. - 153 с. Magistral'nyy gruzovoy dvuhsekcionnyy teplovoz 2TE25KM. Rukovodstvo po ekspluatacii. Chast' 1. Tehnicheskoe opisanie. 2TE25KM RE. Chast' 1 / ZAO «UK «BMZ». - 2015. - 153 s. Клименко Ю. И. Совершенствование тягового привода тепловозов с коллекторными двигателями / Ю. И. Клименко, К. С. Перфильев, В. Ю. Евсеев и др. // Локомотивы. Электрический транспорт. XXI век. Т. 2: материалы VI Междунар. научно-техн. конференции (СПб., 13-15 ноября 2018 г.). - СПб.: ФГБОУ ВО ПГУПС, 2018. - С. 24-33. Klimenko Yu. I. Sovershenstvovanie tyagovogo privoda teplovozov s kollektornymi dvigatelyami / Yu. I. Klimenko, K. S. Perfil'ev, V. Yu. Evseev i dr. // Lokomotivy. Elektricheskiy transport. XXI vek. T. 2: materialy VI Mezhdunar. nauchno-tehn. konferencii (SPb., 13-15 noyabrya 2018 g.). - SPb.: FGBOU VO PGUPS, 2018. - S. 24-33. Розенфельд В. Е. Теория электрической тяги: учебник для вузов ж-д трансп. 3-е изд., перераб. и доп / В. Е. Розенфельд, И. П. Исаев, Н. Н. Сидоров и др. - М.: Транспорт, 1995. - 294 с. Rozenfel'd V. E. Teoriya elektricheskoy tyagi: uchebnik dlya vuzov zh-d transp. 3-e izd., pererab. i dop / V. E. Rozenfel'd, I. P. Isaev, N. N. Sidorov i dr. - M.: Transport, 1995. - 294 s. Кузнецов Н. А. Регулятор электродинамического тормоза горочного тепловоза / Н. А. Кузнецов, В. Ю. Евсеев // Локомотив. - 2019. - № 6. - С. 39-40. Kuznecov N. A. Regulyator elektrodinamicheskogo tormoza gorochnogo teplovoza / N. A. Kuznecov, V. Yu. Evseev // Lokomotiv. - 2019. - № 6. - S. 39-40. Осипов С. И. Теория электрической тяги: учебник для вузов ж.-д. транспорта / С. И. Осипов, С. С. Осипов, В. П. Феоктистов; под. ред. С. И. Осипова. - М.: Маршрут, 2006. - 436 с. Osipov S. I. Teoriya elektricheskoy tyagi: uchebnik dlya vuzov zh.-d. transporta / S. I. Osipov, S. S. Osipov, V. P. Feoktistov; pod. red. S. I. Osipova. - M.: Marshrut, 2006. - 436 s. Евсеев В. Ю. Электромагнитные процессы в коллекторном тяговом приводе тепловоза при питании от силового полупроводникового преобразователя / В. Ю. Евсеев, А. Н. Савоськин, К. С. Перфильев // Практическая силовая электроника. - 2021. - № 4. - С. 32-38. Evseev V. Yu. Elektromagnitnye processy v kollektornom tyagovom privode teplovoza pri pitanii ot silovogo poluprovodnikovogo preobrazovatelya / V. Yu. Evseev, A. N. Savos'kin, K. S. Perfil'ev // Prakticheskaya silovaya elektronika. - 2021. - № 4. - S. 32-38. Евсеев В. Ю. Математическая модель коллекторного тягового двигателя с раздельным учетом вихревых токов главных и добавочных полюсов / В. Ю. Евсеев, А. Н. Савоськин // Электротехника. - 2020. - № 9. - С. 32-38. Evseev V. Yu. Matematicheskaya model' kollektornogo tyagovogo dvigatelya s razdel'nym uchetom vihrevyh tokov glavnyh i dobavochnyh polyusov / V. Yu. Evseev, A. N. Savos'kin // Elektrotehnika. - 2020. - № 9. - S. 32-38. Находкин М. Д. Проектирование тяговых электрических машин: учебное пособие для вузов ж.-д. транспорта / М. Д. Находкин, Г. В. Василенко, В. И. Бочаров и др.; под ред. М. Д. Находкина. - М.: Транспорт, 1976. - 624 с. Nahodkin M. D. Proektirovanie tyagovyh elektricheskih mashin: uchebnoe posobie dlya vuzov zh.-d. transporta / M. D. Nahodkin, G. V. Vasilenko, V. I. Bocharov i dr.; pod red. M. D. Nahodkina. - M.: Transport, 1976. - 624 s. Жиц М. З. Переходные процессы в машинах постоянного тока / М. З. Жиц. - М.: Транспорт, 1974. - 378 с. Zhic M. Z. Perehodnye processy v mashinah postoyannogo toka / M. Z. Zhic. - M.: Transport, 1974. - 378 s.