Аннотация: В методических указаниях приведены основные требования, правила оформления и содержание курсовой работы по дисциплине «Системы автоматизированного проектирования конструкций радиоэлектронных средств». Даны теоретические сведения для выполнения курсовой работы, приведены примеры решения. Представленные материалы позволят сформировать у обучающихся умения разрабатывать математические модели и применять алгоритмы топологического проектирования при решении прикладных задач, находить оптимальные проектные решения, формулировать выводы. Предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки бакалавриата 11.03.03 «Конструирование и технология электронных средств».

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: Выполнена оценка напряжения в рельсовой цепи для надежного обнаружения подвижной единицы или поезда на участке железнодорожного пути. Предлагается использовать структуры системы автоматической блокировки на основе временного разделения каналов опроса состояния рельсовых цепей с последующей обработкой сигналов по двум параметрам. Первый параметр включает в себя оценку соответствия кодовых сигналов переданных в рельсовую цепь и принятых из рельсовой цепи. Второй параметр получен на основе анализа напряжения на выходе рельсовой цепи в текущий и предыдущий моменты измерения с учетом скорости изменения напряжения. Последний параметр позволяет надежно различать состояние, когда рельсовая линия занята поездом, от случайных изменений параметров рельсовой цепи от воздействия внешних факторов. Предложенные алгоритмы позволяют значительно снизить затраты электрической энергии, обеспечивающей работу рельсовых цепей.

Аннотация: Выполнен анализ энергетических характеристик преобразователя частоты при его согласовании с изменяющейся нагрузкой при помощи последовательно-параллельного резонансного контура. Показано, что изменение активной составляющей нагрузки не всегда приводит к пропорциональному изменению входного сопротивления резонансного контура, причем на определенных частотах резонансный контур имеет фактически постоянное входное сопротивление при изменении нагрузки в существенных пределах, то есть обладает свойствами параметрической стабилизации выходной мощности. На этих частотах во входном сопротивлении контура присутствует большая реактивная составляющая, которая не позволяет получить близкий к резонансному режим работы и достичь приемлемой энергетической эффективности преобразования. Проведены исследования частотных характеристик контура при предельном сближении его резонансных частот, установлено, что в этом случае за счет искажений фазочастотной характеристики удается получить квазирезонансный режим работы преобразователя во всем диапазоне изменения сопротивления нагрузки. Показано, что предложенный способ настройки резонансного контура позволяет при двухкратном изменении нагрузки достичь параметрической.

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: На основе линейной эквивалентной схемы преобразователя постоянного напряжения (ППН), построенной в предположении синусоидальности тока в последовательном LС-контуре, методом основной гармоники получены приближенные выражения для расчета нагрузочных и регулировочных характеристик ППН. Сравнение нагрузочных характеристик, построенных по ранее обоснованной точной методике, основанной на методе припасовывания, и по полученным приближенным формулам, показывает, что метод основной гармоники может быть использован для расчётов статических характеристик при фазовом регулировании в режиме непрерывного тока с приемлемой для практики точностью. В режиме прерывистого тока метод даёт завышенные значения выходного напряжения за исключением режима, близкого к холостому ходу, где занижает значения напряжения. Погрешность метода основной гармоники возрастает с уменьшением относительной длительности импульсов на выходе инверторного моста.

Аннотация: Путем математического моделирования выполнен анализ характеристик выходных фильтров электромагнитной совместимости преобразователя частоты, в том числе логарифмических амплитудно-частотных характеристик. В установившемся режиме работы при несущей частоте широтно-импульсной модуляции 2, 5 кГц и основной частоте напряжения питания асинхронного двигателя 50 Гц рассмотрены фильтры с различными параметрами, в том числе при разных схемах подключения демпфирующих резисторов - при параллельном подключении индуктивности в продольной ветви фильтра и при последовательном подключении емкости в поперечной ветви фильтра. Также рассмотрен фильтр, не содержащий демпфирующих резисторов. Учтены потери в фильтрах. Для фильтра без демпфирующих резисторов сделан вывод о необходимости учета паразитных параметров конденсаторов: эквивалентной последовательной индуктивности; эквивалентного последовательного сопротивления; эквивалентного параллельного сопротивления, учитывающего токи утечки через конденсатор; стабилитрона, имитирующего поведение конденсатора при перенапряжениях.

Аннотация: Рассмотрена физическая модель тиристорного регулятора переменного напряжения с микроконтроллерным управлением, работающего на активно-индуктивную нагрузку. Для повышения уровня энергоэффективности существующих электроэнергетических систем важным условием является организация регулирования уровня напряжения питающих центров выше или ниже номинального значения. В существующих структурах коэффициент трансформации в большинстве случаев является постоянным, что не позволяет учесть реальные неравномерности потребления электрической энергии. Применение в составе трансформаторного оборудования тиристорного регулятора напряжения даёт возможность решить указанную проблему. Представляется перспективным предварительный этап физического моделирования описанного процесса посредством создания программно-технического комплекса, позволяющего имитировать процесс транспорта электрической энергии от центров питания к потребителю.

Аннотация: Основные временные параметры устройств выборки и хранения (УВХ) - время выборки и время хранения, порождают и основные недостатки данных устройств: большое время выборки и малое время хранения, которые не могут быть устранены лишь изменением емкости конденсатора хранения. Схемные решения типовых УВХ, временные параметры которых в явном виде определяются емкостью конденсатора хранения, обеспечивают лишь сокращение времени выборки при одновременном сокращении времени хранения, или увеличение времени хранения при одновременном увеличении времени выборки. Попытка увеличения времени хранения при одновременной неизменности времени выборки, или уменьшения времени выборки при одновременной неизменности времени хранения, привела к разработке УВХ с улучшенными временными параметрами. Улучшение временных параметров УВХ достигается принудительным снижением тока разряда конденсатора хранения. При неизменности времени выборки разработанное схемное решение построения УВХ обеспечивает более чем пятикратное увеличение времени хранения.

Аннотация: Управление моментом включения pnpn-структуры полупроводникового прибора изменением интенсивности освещения позволило управлять задержкой включения полупроводниковой структуры. Подобный эффект может быть положен в основу прямого управления полупроводниковым преобразователем, что исключает наличие узла синхронизации в составе системы управления выпрямителем и позволяет отказаться от использования сложных элементов. Экспериментально установлено отсутствие снижения надежности работы выпрямителя. Приводятся опытные данные по разбросу регулировочных характеристик тиристоров, взятых из одной партии, откуда следует пропорциональная взаимозависимость фототока и угла открытия тиристора, а также пропорциональность диапазона регулирования тока в разных экземплярах. Использованная в опытах принципиальная схема включения и расчет цепей управления оптотиристорами для заданного диапазона регулирования выходного напряжения позволяет реализовать управление выпрямлением, пропорциональное сигналу задания. Результаты опытов применимы на практике и допускают режимы с длительной непрерывной работой, поскольку при испытаниях не было зафиксировано отказов. Температурный дрейф характеристик может компенсироваться работой отрицательной обратной связи системы управления. Причем не было зафиксировано значительных колебаний выпрямленного напряжения, поскольку это в основном зависит от точности исходного регулирования. Применение такого способа управления наиболее целесообразно в высоковольтных сетях.

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: В работе предложено схемное решение AC/DC преобразователя трехфазного переменного напряжения в постоянное с изолированным выходом. Преобразователь состоит из одинаковых фазных модулей с прямоходовыми импульсными трансформаторами, на первичные обмотки которых через силовые ключи подаются фазные напряжения сети. Вторичные обмотки трансформаторов подключены к выпрямителям, выходы которых соединены последовательно. Энергия, запасаемая в индуктивности намагничивания прямоходовых трансформаторов, также передается в нагрузку через дополнительный вспомогательный преобразователь небольшой мощности. Представленное схемное решение позволяет обеспечить управление сетевыми токами преобразователя, что дает возможность выполнить активную коррекцию коэффициента мощности. Схема отличается малым числом полупроводниковых ключей в силовой цепи благодаря использованию принципа непосредственного преобразования. Кроме того, предложенное построение схемы позволяет применить силовые ключи с уменьшенным допустимым напряжением. Использование преобразования энергии на высокой частоте дает возможность снизить массу и габариты устройства. Преобразователь может быть использован для решения задач питания электрической дуги для сварочных и плазменных процессов. При этом возможно формирование выходной характеристики любого типа, от стабилизации напряжения до стабилизации тока. При необходимости возможно обеспечение повышенного напряжения холостого хода для облегчения поджига сварочной дуги.

Аннотация: Дается описание оригинальных силовых схем для согласования скоростей взаимосвязанных через механическое оборудование электромеханических систем постоянного и переменного тока. В основу работы положен наиболее надежный и менее инерционный принцип токопараметрического согласования за счет перераспределения токов якоря, ротора или статора с целью минимизации упругих колебательных моментов системы. Приводятся результаты моделирования в среде Matlab/Simulink.

Аннотация: Рассмотрен подход к формированию тепловой модели силового IGBT модуля на основе метода электротепловой аналогии. В отличие от традиционных одномерных тепловых моделей, новая модель дополнена тепловыми взаимосвязями между кристаллами. Параметры тепловых взаимосвязей определялись с помощью исследования трёхмерной модели силового модуля в среде ANSYS. Предложенная модель предназначена повысить качество прогнозирования температуры кристаллов силового модуля за счёт учёта теплового взаимовлияния кристаллов.

Аннотация: Определены структурные схемы электроупругого актюатора наномехатронных систем при обобщенном пьезоэффекте с учетом противоЭДС из-за прямого пьезоэффекта. Получены структурно-параметрические модели электроупругих актюаторов наномехатронных систем при поперечном, продольном, сдвиговом и обобщенном пьезоэффектах, управлении по напряжению или току. Структурно-параметрические модель и структурные схемы с обратными связями для электроупругих актюаторов наномехатронных систем отображают преобразование электрической энергии в механическую. В зависимости от вида управления электроупругого актюатора по напряжению или току определены его структурно-параметрическая модель и структурная схема. Найдены максимальные усилия и механические напряжения, которые развивает пьезоактюатор наномехатронных систем при поперечном, продольном, сдвиговом, обобщенном пьезоэффектах. Определены упругие податливости и жесткости, а также передаточные функции пьезоактюатора в зависимости от вида управления в наномехатронной системе - по напряжению или току.

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: Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований по определению спектрального состава ЭДС полупроводникового преобразователя напряжения в электротехническом комплексе повышенной частоты (ЭТКПЧ), предназначенном для создания локальных систем электропитания электротехнологических установок, при расчетах токов и напряжений с применением частотного анализа. Проведено исследование спектрального состава передаваемой активной мощности. Выполнено сравнение опытных и расчетных значений мощности, выделяемой в нагрузке, КПД ЭТКПЧ и осциллограмм напряжения в высоковольтной кабельной линии ЭТКПЧ. Представлена методика определения значений амплитуды гармоник, погрешностей вычисления технических параметров ЭТКПЧ при заданном числе гармоник. Установлено, что для достоверного определения при расчете электрических параметров и характеристик такого устройства необходимо использовать вариант представления осциллограммы ЭДС в виде "трапеции" с паузой. Получено также, что при передаче активной мощности с использованием несинусоидальных токов и напряжений на первую гармонику приходится не менее 90% ее значения, а для расчетного определения этого параметра с погрешностью менее 0, 0001% требуется учитывать первые 30 гармоник.