Аннотация: В учебном пособии разбираются вопросы, посвященные выполнению выпускной квалификационной работы (дипломного проекта) на кафедре «Локомотивы». Приведены требования по оформлению и содержанию работы. Рассмотрены вопросы как по работам связанным с сервисными, так и с эксплуатационными локомотивными депо. Предназначено для обучающихся по специальности 23.05.03 Подвижной состав железных дорог, специализация «Локомотивы».

Аннотация: Рекуперативное торможение с возвратом энергии в контактную сеть принципиально позволяет сократить расход энергии на тяговые нужды, но в реальных условиях эффективность этого вида торможения как средства снижения расхода энергоресурсов зачастую ограничена. Более эффективным и независимым от внешних условий является электрическое торможение подвижного состава, при котором генерируемая энергия запасается в бортовых накопителях энергии. Наибольшего сокращения расхода энергоресурсов на тяговые нужды при использовании бортовых накопителей энергии в составе тяговых электроприводов можно добиться для подвижного состава, работающего в режиме частых пусков и остановок. К такому типу подвижного состава относятся электропоезда пригородного движения и метрополитенов и городской электротранспорт, специфике работы которых наилучшим образом соответствуют емкостные накопители энергии на основе суперконденсаторов. В статье рассматриваются процессы обмена энергией в системах тягового электропривода с бортовыми емкостными накопителями энергии при разгоне и электрическом торможении подвижного состава. Энергообменные процессы рассматриваются применительно к резистивным зарядно-разрядным контурам и контурам с реакторами, при этом главное внимание уделяется эффективности энергообменных процессов. Потребитель энергии в разрядном контуре накопителя и источник энергии в зарядном контуре представлены источником ЭДС, которая в общем случае может изменяться с течением времени. Получены зависимости энергетической эффективности процессов заряда и разряда емкостного накопителя энергии от его начального напряжения и интенсивности изменения ЭДС потребителя энергии.

Аннотация: Приведены расчетные энергетические характеристики тягового привода электровоза 2ЭС5К при работе в середине фидерной зоны контактной сети. На всем диапазоне регулирования, особенно в начальной зоне малых мощностей, тяговый привод с разработанным преобразователем входного электрического сопротивления имеет преимущества. Коэффициент искажения синусоидальности напряжения на токоприемнике электровоза с выпрямительно-инверторным преобразователем составляет 10, 87%, с применением электрического полупроводникового вариатора в таком же режиме ведения поезда этот коэффициент равен 7, 5%. Показано, что регулированием мощности локомотива путем изменения электрического сопротивления в процессе передачи и потребления электроэнергии из контактной сети повышается энергетическая эффективность и электромагнитная совместимость локомотива с системой электроснабжения без применения дополнительного оборудования.

Аннотация: Предложена математическая модель электротехнической системы "тяговая сеть - электровоз переменного тока с четырехквадрантным преобразователем". Выполнен анализ электромагнитных процессов и вывод расчетных формул параметров системы. Программная реализация предложенной математической модели и численные исследования воспроизводимых электромагнитных процессов выполнены в пакете прикладных программ Simulink вычислительной среды Matlab. Сделаны выводы об электромагнитной совместимости электровозов с различными структурами тягового преобразователя.

Аннотация: Выполнен сравнительный анализ результатов моделирования движения электровозов 2ЭС5К и 4ЭС5К по типовому участку с холмистым профилем (тип III), регламентированному нормативными документами. Получены графики токов на токоприемниках электровозов, рассчитано потребление активной энергии электровозами и ее отдача тяговыми подстанциями, а также потери активной энергии в тяговой сети, вызываемые протекающими по ней токами. Определены реактивная и полная энергия в системе тягового электроснабжения за время хода электровоза с составом по участку. На основании этих данных рассчитаны удельные расходы энергии на тягу поездов, а также средневзвешенные коэффициенты активной и реактивной мощности. Проведено сравнение результатов моделирования для электровозов 2ЭС5К и 4ЭС5К. Показано, что увеличение числа секций электровоза приводит к увеличению удельного расхода энергии на тягу поездов и ухудшает энергетические показатели системы электрической тяги.

Аннотация: Дана оценка энергетической эффективности электровозов переменного тока ЗЭС5К с коллекторными тяговыми двигателями постоянного тока в режимах тяги и рекуперативного торможения на конкретном профиле пути отдельных участков между станциями Хабаровск-2 и Бикин Дальневосточной железной дороги. Приведены реальные тяговые и тормозные характеристики, а также характеристики мощности на этих участках, построенные по параметрам работы электровоза ЗЭС5К при ведении грузового поезда большой массы и длины. Проведен анализ характеристик электровоза ЗЭС5К и сравнение их в равных условиях движения поезда с характеристиками электровоза 2ЭС5, имеющего асинхронные тяговые двигатели. На основе этого анализа рассмотрена энергетическая эффективность работы электровозов переменного тока 2ЭС5 и ЗЭС5К. Показаны причины лучшей энергетической эффективности электровозов ЗЭС5К по сравнению с 2ЭС5.

Аннотация: До половины сбоев в работе рельсовых цепей и автоматической локомотивной сигнализации на участках железных дорог с электротягой переменного тока происходит из-за помех, вызванных асимметрией тягового тока в рельсовых линиях. Поскольку первоисточником указанной асимметрии является асимметрия сопротивлений рельсовых нитей в пределах рельсовой цепи, измерения сопротивления элементов каждой рельсовой нити обеспечивают возможность не только определять асимметрию тягового тока, но и находить элементы с сопротивлениями, выходящими за пределы нормы. Асимметрию тягового тока можно измерять и непосредственно, однако результаты измерений зависят также от условий их проведения - температуры рельсов и уровня переменного тягового тока в них, так как асимметрия сопротивлений рельсовых нитей рельсовой линии создается из-за несимметричного увеличения в них переходных электрических сопротивлений в стыках рельсовых звеньев и дроссельных перемычках. Эти переходные сопротивления мало зависят от температуры окружающей среды и тяговых токов в рельсовых нитях. В результате при уменьшении температуры рельсов типа Р65 от +40 до -4СРС асимметрия сопротивлений рельсовых нитей с учетом их взаимной индуктивности увеличивается в 2, 2-2, 4 раза, а увеличение тягового тока в рельсах, например, в три раза вызывает почти такое же увеличение асимметрии. Влияние взаимной индуктивности рельсовых нитей с контактным проводом приводит к уменьшению асимметрии тягового тока в рельсовой линии. Взаимная индуктивность рельсовых нитей с высоковольтными линиями продольного электроснабжения, размещаемых на опорах контактной сети, может увеличивать или уменьшать эту асимметрию в зависимости от того, какая из рельсовых нитей обладает меньшим сопротивлением. Все эти факторы должны учитываться как при измерениях асимметрии сопротивлений рельсовых нитей или асимметрии переменного тягового тока в них, так и при экстраполяции этих данных на другие условия эксплуатации рельсовой тяговой сети по температуре рельсов, значениям токов в рельсовых нитях, контактных проводах и высоковольтных линиях.

Аннотация: Повышение требований к уровню безопасности перевозок и автоматизации управления тяговым подвижным составом обусловливает необходимость разработки микропроцессорных систем управления. В настоящее время в значительной части локомотивного парка применяется реостатно-контакторная система управления тяговыми двигателями, разработанная более века назад, а использование пусковых резисторов при разгоне приводит к значительным потерям электроэнергии. По своим техническим характеристикам такая система управления не удовлетворяет современному уровню развития техники. В статье рассмотрено применение цифровых систем управления на электрическом подвижном составе и их преимущества. Показано, что применение цифровых технологий в конструкциях силовых преобразователей тягового привода позволит значительно увеличить энергоэффективность преобразователей, сократить количество компонентов и повысить надежность привода.

Аннотация: Электрическое реостатное торможение используется на большом количестве серий тепловозов. В статье проанализированы достоинства и недостатки существующих систем реостатного торможения тепловозов и электроподвижного состава. Приведена принципиальная схема реостатного торможения шестиосной секции тепловоза 2ТЭ116. Анализируется система реостатного торможения с независимым возбуждением, которая более широко распространена на электроподвижном составе российских железных дорог. Предложено схемотехническое решение системы реостатного тормоза тепловоза 2ТЭ116У, позволяющее применять реостатное торможение без дополнительного расхода топлива. Рассмотрена работа предложенной схемы, а также отмечаются ее основные преимущества перед существующими техническими решениями. Предполагается, что данная система без увеличения расхода топлива на тягу позволит также снизить расход тормозных колодок до 60%.

Аннотация: Рассмотрена математическая модель тяговой нагрузки, в основе которой принята нагрузка электровоза со схемой замещения из последовательно соединенных реактора и нелинейного резистора. Предложено вид аппроксимирующего выражения для нелинейного резистора и его параметры определять с использованием экспериментальных осциллограмм и аналитических выражений для цифровой модели электровоза. Показано что математическая модель тяговой нагрузки системы электроснабжения переменного тока, аппроксимирующее выражение для сопротивления нелинейного резистора этой модели и методика определения его коэффициентов позволяют наиболее точно отображать стационарные и нестационарные процессы в тяговой сети переменного тока с учетом тяговой нагрузки. Предложенная математическая модель электровоза переменного тока позволяет рассчитывать установившиеся и переходные электромагнитные процессы в тяговой сети с учетом реальной специфической тяговой нагрузки, которую создают электровозы, питающиеся от контактной сети.

Аннотация: Высшие гармоники напряжения и тока, создаваемые тяговыми преобразователями, установленными на электроподвижном составе переменного тока, оказывают негативное влияние на системы распределения электроэнергии и компоненты. Точная взаимосвязь между гармониками и потерями сложна для обобщения, поэтому влияние формы тока и напряжения принято определять с помощью коэффициента мощности. Электровозы переменного тока обладают существенным недостатком - малым коэффициентом мощности. Для улучшения энергетических показателей разработаны меры, позволяющие повысить коэффициент мощности. Оценку эффективности предложенных мер, как правило выполняют с помощью определения коэффициента мощности. В статье предложен алгоритм расчета коэффициента мощности, который учитывает влияние мощности искажений.

Аннотация: Учет теплового состояния изоляционных конструкций тяговых двигателей локомотивов является новым направлением в моделировании электрических процессов в их силовых цепях. Такой дифференцированный подход к моделированию электрических процессов в силовых цепях локомотивов стал возможным только после того, как были исследованы и учтены в их схемах замещения емкостные составляющие якорных и полюсных обмоток тяговых двигателей локомотивов и их зависимости от температуры. В статье приведены результаты моделирования процессов изменения токов и напряжений в силовых цепях электровозов ВЛ10 (ВЛ-10У) в процессе его трогания с места при последовательном соединении тяговых двигателей с температурой изоляции их якорных и полюсных обмоток равной 20 °С. Результаты моделирования представлены в виде графических зависимостей токов и напряжений от времени в основных элементах силовой цепи локомотивов.

Аннотация: Средства бортовой диагностики являются важнейшим звеном в системе управления техническим состоянием и надежностью подвижного состава и, в частности, тепловозного парка. Они позволяют осуществлять непрерывный контроль качества эксплуатации локомотива, оперативно выявлять и прогнозировать изменение его технического состояния без изъятия из перевозочного процесса, что, в свою очередь, дает возможность эффективно использовать дорогостоящие стационарные и локальные диагностические средства, а также корректировать сроки и объемы технического обслуживания с учетом реального технического состояния. В связи с этим актуальной является разработка методов оценки технического состояния агрегатов локомотива, основанных на использовании информации подсистемы диагностики систем МСУ-Т (П, Э) современных тепловозов и программных средств обработки измерительной информации, реализующих эти методы. Основной задачей таких средств является контроль технического состояния оборудования локомотива и прогнозирование его изменения. В настоящее время для решения таких задач, как правило, применяются упрощенные диагностические модели. Однако для повышения эффективности и достоверности контроля технического состояния столь сложных объектов, как локомотив, необходимо использовать более сложные диагностические модели, основанные на использовании аппарата искусственных нейронных сетей. Статья посвящена применению метода нейросетевых и нейронечетких диагностических моделей для диагностирования системы возбуждения тягового генератора современных тепловозов. В качестве диагностической информации используются данные подсистемы диагностики бортовой микропроцессорной системы управления тепловоза (МСУ-ТП), передаваемые в режиме реального времени на удаленный сервер диагностики. Выполнена проверка адекватности и эффективности предлагаемого метода диагностирования системы возбуждения тягового генератора с использованием результатов обработки массивов измерительной информации.

Аннотация: Рассмотрен способ обнаружения боксования колесных пар локомотива в тяговом приводе постоянного тока и его реализация на основе интеллектуальной обработки измерительной информации системы управления приводом. В качестве признака потери устойчивости движения колесной пары вследствие достижения предельного момента сцепления используется увеличение амплитуд низкочастотных гармоник выходного сигнала датчика напряжения на элементах силовой цепи локомотива. Для автоматической многоуровневой идентификации режимов боксования используется классификатор на основе алгоритма "случайный лес". Результаты анализа контрольной, предварительно размеченной экспертами выборки параметров силовой цепи свидетельствуют о высокой чувствительности и точности предлагаемой интеллектуальной системы обнаружения боксования.

Аннотация: Современный электроподвижной состав оборудован микропроцессорной системой управления тяговым электроприводом и плавным бесконтактным регулированием напряжения на тяговых электродвигателях, что позволяет реализовывать гибкие алгоритмы защиты от процессов боксования (юза). Несвоевременное обнаружение и локализация процессов боксования (юза) приводит к снижению тяговых (тормозных) усилий, повреждению колесно-моторного блока, повышенному износу колес и рельсов. Разработана имитационная модель электроподвижного состава с коллекторным тяговым электроприводом и плавным зонно-фазовым регулированием напряжения на тяговых электродвигателях, при помощи которой проведено исследование алгоритмов защиты от процессов боксования (юза) в режиме тяги и рекуперативного торможения. Модель содержит блоки системы Matlab и пакета расширения Simulink: блок тягового трансформатора, блоки тяговых двигателей, блок элементов цифровой системы автоматического управления тяговым электроприводом, блоки датчиков токов и напряжений, блоки вывода результатов моделирования. Рассмотрены алгоритмы защиты от процессов боксования (юза), локализация которых происходит за счет снижения токов якорей тяговых двигателей бок-сующей (юзующей) колесной пары. В режиме тяги снижение токов якорей осуществляется путем воздействия на регулятор тока якорей тяговых электродвигателей, в режиме рекуперативного торможения - на регулятор тока возбуждения группы тяговых электродвигателей с юзующей колесной парой. Рассмотренные алгоритмы защиты позволяют эффективно локализовать процессы боксования (юза) с минимальной потерей тяговых (тормозных усилий).

Аннотация: Рассмотрена имитационная модель электровоза постоянного тока, позволяющая исследовать переходные и установившиеся процессы, которая может быть положена в основу концепции "Цифровой локомотив", реализуемой в рамках проекта "Цифровая железная дорога". Выбран один из наиболее массовых электровозов, предназначенных для вождения грузовых поездов на магистральных железных дорогах, электрифицированных на постоянном токе с напряжением 3000 В. В основу модели электровоза положена математическая модель коллекторного тягового двигателя. В модели учтены нелинейность магнитной характеристики главных полюсов, а также влияние вихревых токов в массивных участках магнитной цепи на изменение магнитного потока. В модели предусмотрено автоматизирующее устройство, позволяющее в процессе исследования производить регулирование двигателей в соответствии с условиями эксплуатации. Учтены процессы реостатного пуска, регулирования напряжения перегруппировкой методом замыкания на резисторы, а также регулирования двигателей путем изменения магнитного потока. Показана возможность использования разработанной модели для исследования системы "тяговая подстанция - тяговая сеть - электрический подвижной состав", которое определяется различными режимами работы тяговой сети в процессе преобразования электрической энергии в механическую. Выполнены расчеты различных режимов работы электровоза при коротком замыкании в контактной сети.

Аннотация: Рассмотрены возможности улучшения энергетических показателей электропоездов постоянного тока с коллекторными тяговыми двигателями; показаны особенности структуры силовой цепи, реализующей контакторно-реостатный пуск, регулирование скорости в тяговом и тормозном режимах с использованием реостатного и рекуперативного торможения. Предложены направления совершенствования силовой схемы и системы управления, позволяющие повысить энергетическую эффективность рекуперации. Разработана следящая система рекуперативно-реостатного торможения и математическая модель силовой цепи применительно к электропоезду серии ЭД4М, определены параметры тормозных резисторов и способ регулирования их сопротивления в режиме электродинамического торможения. Оценено качество регулирования тока рекуперации предложенной следящей системой, обеспечивающей стабилизацию его значения при изменении напряжения контактной сети. Показана возможность увеличения энергии, отдаваемой источнику питания в режиме рекуперативно-реостатного торможения, на 3-6%. Рекомендовано для повышения быстродействия и точности регулирования использовать искусственную нейронную сеть, позволяющую объединить системы управления импульсным преобразователем и автоматического управления торможением.

Аннотация: Об истории Луганского тепловозостроительного завода.

Аннотация: Рассмотрен способ повышения энергетической эффективности тягового электропривода за счет накопления и дальнейшего использования части энергии торможения, которая на современном подвижном составе рассеивается в тормозных резисторах из-за отсутствия потребителей в контактной сети. В качестве накопителей электрической энергии предлагается использовать конденсаторы большой емкости (суперконденсаторы). Предложена силовая электрическая схема включения суперконденсаторов в схему электропривода, построена имитационная модель, позволяющая определить основные энергетические показатели предложенного способа. Основным достоинством предложенной имитационной модели является использование данных, полученных при движении существующего электрического подвижного состава, не оснащенного суперконденсаторами, и записанных в текстовом формате: потребляемый ток из контактной сети, напряжение контактной сети в месте токосъема, ток через тормозные резисторы. Проведенные исследования показали возможность снижения затрачиваемой энергии на разгон подвижного состава, а наличие накопителя энергии на борту позволит снизить вредное влияние работы тягового электропривода на контактную сеть за счет снижения выходного напряжения при рекуперативном торможении.

Аннотация: Выполнен анализ зависимостей между токами и напряжениями на зажимах однородной длинной линии, позволяющих более корректно объяснить изменения тока и напряжения в тяговой сети при коммутации тиристорных плеч выпрямительно-инверторного преобразователя по сравнению с выводами, полученными при замещении длинной линии цепью с сосредоточенными параметрами. В среде MatlabSimulink предложена имитационная модель однородной длинной линии с малыми потерями, адекватно отображающая перемещение падающих и отраженных электромагнитных волн по линии. Представлены передаточные функции, аппроксимирующие частотные зависимости удельных параметров петли "эквивалентный рельс-земля" и петли "контактная подвеска-земля", рассчитанные с учетом увеличения сопротивления проводов за счет вихревых токов и поверхностного эффекта. Показано влияние частотных зависимостей удельных электрических параметров тяговой сети, рассчитанных по различным методикам, на затухание свободных колебаний напряжения на токоприемнике электровоза, полученных путем моделирования электромагнитных процессов в системе "тяговая подстанция-тяговая сеть-электровоз".