Bulletin of scientific research results Bulletin of scientific research results Бюллетень результатов научных исследований 2223-9987 65855 10.20295/2223-9987-2023-2-81-91 Проблематика транспортных систем PROBLEMATIC OF TRANSPORT SYSTEM Проблематика транспортных систем Calculation Method for Determining Losses in Electric Locomotive Asynchronous Traction Motor under Changing Load Расчетная методика определения потерь в асинхронном тяговом двигателе электровоза при изменяющейся нагрузке Зарифьян Александр Александрович Zarif'yan Aleksandr Aleksandrovich zar.plgrph@gmail.com

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Колпахчьян Павел Григорьевич Kolpahch'yan Pavel Grigor'evich kolpakhchyan@pgups.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Ростовский государственный университет путей сообщения Ростов Россия Rostov State University of Railway Communications Rostov Russian Federation Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Санкт-Петербург Россия Emperor Alexander I Petersburg State Transport University Saint-Petersburg Russian Federation 26 06 2023 26 06 2023 2023 2 81 91 25 06 2023 https://izvestiapgups.editorum.ru/en/nauka/article/65855/view

Цель: В работе [1] выполнено экспериментальное изучение энергетической эффективности асинхронного тягового привода электровозов при изменяющейся нагрузке. В настоящей статье поставлена задача разработки методики расчетного определения потерь в асинхронном тяговом двигателе (АТД) при питании от преобразователя в зависимости от полезной нагрузки. Методы: При питании АТД от преобразователя, когда напряжения и токи имеют несинусоидальную форму, определение потерь является сложной задачей, так как необходим учет значительного количества факторов. Использовался подход, основанный на разделении потерь и использовании результатов экспериментов. Для расчета потерь использовался применяемый в теории электрических машин подход, основанный на разделении потерь, которые состоят из электрических (потери в меди), магнитных (потери в стали), механических и дополнительных. Поскольку ток статора содержит высшие гармоники, электрические потери в обмотке статора определяются с учетом эффекта вытеснения тока. Для определения величины магнитных потерь выполняется определение гармонического состава потокосцепления в воздушном зазоре, вычисляются и суммируются потери от каждой гармоники. Дополнительные потери в номинальном режиме считаются равными 0,5 % мощности АТД. Полные потери в АТД определяются суммированием всех указанных потерь. В качестве исходной информации для расчета потерь использованы результаты испытаний тяговых двигателей типа ДТА-1100 по схеме взаимной нагрузки, приведенные в [1]. Результаты: Прежде всего рассчитаны потери в тяговом двигателе типа ДТА-1100 при работе в номинальном режиме. Полученное значение КПД, равное 0,962, вполне согласуется с паспортными данными двигателя, которое заявлено как 0,96. Далее расчетным путем определены потери в АТД при работе в переменных режимах. Установлена картина расчетных потерь в зависимости от мощности на валу двигателя, которые практически совпадают с потерями, найденными при испытаниях на стенде, во всем диапазоне нагрузок. Практическая значимость: Предлагаемая методика по своей сути является универсальной, причем достоверность полученных результатов подтверждена сравнением с экспериментом. Методика может быть использована для определения потерь в асинхронных тяговых двигателях отечественных электровозов, электропоездов и тепловозов.

Purpose: In the work [1], an experimental study of the energy efficiency of electric locomotive asynchronous traction drive under changing load has been carried out. In this article, the task is to develop a method for calculating the losses in an asynchronous traction motor (ATM) when powered by a converter, depending on the changing load. Methods: When ATM is powered by a converter and voltages and currents are non-sinusoidal, the determination of losses is a difficult problem, since a significant number of factors must be taken into account. An approach based on the separation of losses and the utilization of experimental results has been employed. To calculate the losses, an approach used in the theory of electrical machines has been applied. It is based on the separation of losses, which consist of electrical (losses in copper), magnetic (losses in steel), mechanical and additional ones. Since the stator current contains higher harmonics, the electrical losses in the stator winding are determined taking into account the effect of current displacement. To ascertain the magnitude of magnetic losses, the harmonic composition of the flux linkage in the air gap is determined, the losses from each harmonic are calculated and summarized. Additional losses in the nominal mode are considered equal to 0.5% of the ATM power. The total loss in the ATM is determined by the summation of all the specified losses. The results of the DTA-1100 type traction motors tests according to the mutual load scheme given in [1] have been used as initial information for calculating the losses. Results: First of all, the losses in the DTA-1100 traction motor have been calculated when operating in the nominal mode. The obtained efficiency value, equal to 0.962, is in good agreement with the passport data of the engine, which is declared as 0.96. Further, the losses in the ATD when operating in variable modes are determined by calculation. A pattern of calculated losses depending on the power on the motor shaft has been established, which practically coincide with the losses found during tests on the stand, in the entire range of loads. Practical significance: The proposed method is inherently universal, and the reliability of the results obtained is confirmed by comparison with the experiment. The technique can be used to determine the energy efficiency of asynchronous traction motors of domestic electric and diesel-electric locomotives and electric trains.

 Электровоз асинхронный тяговый привод энергетическая эффективность при переменной нагрузке расчетная методика определения потерь в асинхронном тяговом двигателе Electric locomotive asynchronous traction drive energy efficiency under changing load calculation method for determining losses in an asynchronous traction motor

Зарифьян А. А. Экспериментальное исследование энергетической эффективности асинхронного тягового привода электровозов при изменяющейся нагрузке / А. А. Зарифьян, П. Г. Колпахчьян // Бюллетень результатов научных исследований. - 2023. - Вып. 1. - С. 77-92. - DOI: 10.20295/2223-9987-2023-1-77-92. Zarif'yan A. A. Eksperimental'noe issledovanie energeticheskoy effektivnosti asinhronnogo tyagovogo privoda elektrovozov pri izmenyayuscheysya nagruzke / A. A. Zarif'yan, P. G. Kolpahch'yan // Byulleten' rezul'tatov nauchnyh issledovaniy. - 2023. - Vyp. 1. - S. 77-92. - DOI: 10.20295/2223-9987-2023-1-77-92. Колпахчьян П. Г. Потери в асинхронном тяговом двигателе при питании от преобразователя частоты и числа фаз / П. Г. Колпахчьян, В. И. Захаров // Вестник Всероcсийского научно-исследовательского и проектно-конструкторского института электровозостроения. - 2005. - № 48. - С. 78-88. Kolpahch'yan P. G. Poteri v asinhronnom tyagovom dvigatele pri pitanii ot preobrazovatelya chastoty i chisla faz / P. G. Kolpahch'yan, V. I. Zaharov // Vestnik Vserocsiyskogo nauchno-issledovatel'skogo i proektno-konstruktorskogo instituta elektrovozostroeniya. - 2005. - № 48. - S. 78-88. Попов Д. И. Научные основы создания энергоэффективных методов и средств испытаний электрических машин / Д. И. Попов. - Омск: Омский государственный университет путей сообщения, 2019. - 175 с. Popov D. I. Nauchnye osnovy sozdaniya energoeffektivnyh metodov i sredstv ispytaniy elektricheskih mashin / D. I. Popov. - Omsk: Omskiy gosudarstvennyy universitet putey soobscheniya, 2019. - 175 s. Казаков Ю. Б. Моделирование энергоэффективности тягового асинхронного двигателя при питании от преобразователя частоты с широтно-импульсной модуляцией напряжения / Ю. Б. Казаков, Н. К. Швецов // Вестник ИГЭУ. - 2013. - № 3. - С. 1-5. Kazakov Yu. B. Modelirovanie energoeffektivnosti tyagovogo asinhronnogo dvigatelya pri pitanii ot preobrazovatelya chastoty s shirotno-impul'snoy modulyaciey napryazheniya / Yu. B. Kazakov, N. K. Shvecov // Vestnik IGEU. - 2013. - № 3. - S. 1-5. Поздеев А. Д. Электромагнитные и электромеханические процессы в частотно-регулируемых асинхронных электроприводах / А. Д. Поздеев. - Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 1998. - 172 с. Pozdeev A. D. Elektromagnitnye i elektromehanicheskie processy v chastotno-reguliruemyh asinhronnyh elektroprivodah / A. D. Pozdeev. - Cheboksary: Izd-vo Chuvash. un-ta, 1998. - 172 s. Волков А. В. Потери мощности асинхронного двигателя в частотно-управляемых электроприводах с широтно-импульсной модуляцией / А. В. Волков // Электротехника - 2002 - № 8. - С. 2-9. Volkov A. V. Poteri moschnosti asinhronnogo dvigatelya v chastotno-upravlyaemyh elektroprivodah s shirotno-impul'snoy modulyaciey / A. V. Volkov // Elektrotehnika - 2002 - № 8. - S. 2-9. Радин В. И. Электрические машины. Асинхронные машины / В. И. Радин, Д. Э. Брускин, А. Е. Зорохович. - М.: Высшая школа, 1988. - 328 с. Radin V. I. Elektricheskie mashiny. Asinhronnye mashiny / V. I. Radin, D. E. Bruskin, A. E. Zorohovich. - M.: Vysshaya shkola, 1988. - 328 s.