автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Тяговые высоковольтные электротехнические комплексы транспортных средств

ЧУЕВ Денис Викторович

ТЯГОВЫЕ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Специальность 05.09.03 Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2004

Работа выполнена на кафедре «Электроэнергетические и электромеханические системы» Московского авиационного института (государственного технического университета).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Вольский Сергей Иосифович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Розанов Юрий Константинович

кандидат технических наук, доцент Щебетьев Виктор Васильевич

Ведущее предприятие:

Федеральное государственное унитарное предприятие АКБ «Якорь»

Защита состоится « »

2004 г. в

час мин на заседании

диссертационного совета Д 212.125.07 в Московском авиационном институте (государственном техническом университете) по адресу: 125993, А80, Москва, ГСП-3, Волоколамское ш., д.4, ученый Совет МАИ.

Ваш отзыв на автореферат в 1 экз., заверенный печатью учреждения, просим направлять по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Автореферат разослан 2004 г.

/

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.125.С

к. т. н., доцент

А. Б. Кондратьев

//////

2005-4 12412

' Актуальность темы. Одним из перспективных направлений повышения технике - экономических показателей бортовых электротехнических комплексов является увеличение уровня входного питающего напряжения. В связи с этим на российских железных дорогах применяется контактная сеть постоянного тока с номинальным напряжением 3000 В . По той же причине, учитывая тенденции роста мощности бортовых потребителей электроэнергии аэрокосмических аппаратов, считаются перспективными электротехнические комплексы с высокочастотной однофазной распределительной сетью (20 кГц) и сравнительно высоким действующим значением магистрального напряжения 750 В.

Другим направлением эффективного совершенствования технических и экономических характеристик бортовых электротехнических комплексов является внедрение современных достижений силовой полупроводниковой и микропроцессорной техники. Особенно это относится к бортовым комплексам российских железных дорог, где до сих пор серийно используются только электромашинные высоковольтные преобразователи и высоковольтные контактно-резистивные пусковые тяговые устройства.

В настоящее время проектированием и разработкой статических полупроводниковых преобразователей для электротехнических комплексов применительно к железнодорожному транспорту занимаются многие известные организации и фирмы, в частности сибирский филиал ВНИКТИ (г. Новосибирск), ВНИИЭ (г. Москва), ЗАО "Спецремонт" (г.Москва), АО «Электровыпрямитель» (г. Саранск), ООО «ТОМАК, ЛТД» (г. Москва), ВЭИ (г. Москва), МЭИ (г. Москва), МИИТ (г. Москва), Estel (Эстония), Siemens (Германия), ABB (Швейцария), Westinghouse Electric Corp. (США), Ansaldo Transporti (Италия), Hitachi (Япония) и т. п. Этой проблеме посвящены научные труды таких известных ученых, как В. Е. Розенфельд, В. П. Феоктистов, В. В. Литовченко, О. Г. Чаусов, Ю.К. Розанов, С. И. Вольский, И. П. Исаев, В. Б. Петров, А. А. Кураев, Г. М. Мустафа, И. Я. Ранькис, В. А. Чванов, Б. И. Гриншейн, Г. В. Ивенский, Ю. Ю. Чуверин, Р. Д. Тулупов, А. Б. Зильберг, А. Г. Титов, М. М. Акодис, В. А. Скибинский, Ю. И. Иньков, I. Smith (Великобритания), F. С. Lee (США), О. Wasynczuk (Индия), R. Hoft (США), Т.Мияшита (Япония), J. Biess (США), М. Winterling (Нидерланды), L. Fratelli (Италия) и т. д. Однако, несмотря на значительное число публикаций и выполненных работ, бортовые электротехнические комплексы с полупроводниковыми преобразователями применительно к российскому железнодорожному транспорту до последнего времени не нашли широкого применения. По существу, это связано со сложными условиями работы бортовых электротехнических комплексов на российских железных дорогах, которые имеют широкий диапазон изменения напряжения контактной сети 2200-4000 В с возможными импульсными бросками мгновенного значения, высокий уровень коммутационных помех, существенные ограничения в части амплитудных значений гармонических составляющих псофометрического тока, обусловленные применением релейных систем безопасности движения и т.п. Во-вторых, из-за недостатка теоретических исследований и практической апробации современных полупроводниковых приборов в реальных высоковольтных электротехнических комплексах отечественного железнодорожного транспорта.

Представленная диссертационная работа способствует решению проблем, связанных с созданием перспективных бортовых электротехнических комплексов и электровозов лового поколения. Она выполнена в рамках научно -исследовательской работы «Исследование рабочих процессов в электромагнитных и электромеханических устройствах перспективных электротехнических комплексов транспортных средств» (2003 г.), проводимой Московским авиационным институтом (государственным техническим университетом), а также научно -исследовательских работ «Разработка и изготовление опытного образца системы импульсного регулирования тяговых двигателей для нового электропоезда пригородного сообщения» (2002 г.) и «Разработка и внедрение эффективных систем повышения безопасности движения поезда, в том числе внедрение системы импульсного регулирования тягового привода электропоезда постоянного тока, включая оптимизацию управлением поезда» (2002 г.), проводимых по заказу Министерства путей сообщения РФ.

Цель диссертационной работы - разработка принципов построения, методов проектирования, средств технической реализации и повышение технико -экономических показателей бортовых высоковольтных электротехнических комплексов электропоездов и электровозов постоянного тока.

Исходя из указанной цели, работа посвящена решению следующих задач:

1. Анализу существующих и перспективных принципов построения тяговых высоковольтных электротехнических комплексов железнодорожного транспорта;

2. Обоснованию технических требований к силовому полупроводниковому ключу высоковольтного тягового преобразователя;

3. Определению принципов построения высоковольтного электротехнического комплекса для электропоездов постоянного тока с учетом обеспечения благоприятных условий функционирования силовых полупроводниковых приборов;

4. Выбору специализированной программы компьютерного моделирования рабочих процессов при совместном функционировании электронных и электромеханических устройств в электротехническом комплексе и разработке компьютерных моделей в среде выбранного пакета прикладных программ.

5. Компьютерному моделированию и анализу рабочих процессов в разработанном высоковольтном электротехническом комплексе;

6. Разработке обобщенного алгоритма проектирования предложенного бортового высоковольтного электротехнического комплекса;

7. Экспериментальной проверке на макетных и промышленных образцах полученных расчетно-теоретических положений и результатов компьютерного моделирования.

Методы исследования. При решении поставленных задач в диссертационной работе использованы общепринятые в электротехнике и теории электрических цепей аналитические методы и современные средства компьютерного моделирования с применением специализированного пакета прикладных программ CASPOC. Достоверность теоретических положений, полученных результатов компьютерного моделирования подтверждена экспериментальными исследованиями на макетных и опытно - промышленных

образцах разработанного высоковольтного электротехнического комплекса для концептуального электропоезда серии ЭМ2И. Весь комплекс теоретических исследований при участии автора был проведен на специально разработанном высоковольтном стенде кафедры «Электроэнергетические и электромеханические системы» Московского авиационного института, на штатном испытательном стенде предприятия ЗАО «Спецремонт» (г. Мытищи) и в «Испытательном центре железнодорожной техники» ВНИИЖТ МПС РФ (г. Щербинка).

Научная новизна:

• получены математические описания электромагнитных процессов и расчетные выражения для бортового высоковольтного электротехнического комплекса с полупроводниковым статическим преобразователем при различных способах регулирования угловой скорости коллекторного двигателя;

• предложена структуризация совокупности ограничений (по максимальным пиковым значениям, максимальным длительным значениям, средним значениям мгновенного тока и напряжения, скоростями нарастания мгновенного тока и напряжения, длительностью электромагнитного процесса) и алгоритм снижения потерь энергии при обеспечении благоприятных условий функционирования полупроводниковых приборов в установившихся, переходных и аварийных режимах работы высоковольтного электротехнического комплекса;

• разработаны и адаптированы к пакету программ визуального моделирования CASPOC компьютерные модели основных составляющих частей бортового электротехнического комплекса, включая высоковольтный импульсный регулятор, тяговый коллекторный двигатель, имитаторы механических нагрузок, трехфазный инвертор напряжения, трехфазный асинхронный двигатель и т.п.;

• предложены обобщенные критерии сравнения электрических параметров и качественных свойств высоковольтных полупроводниковых ключевых приборов различного типа;

• выявлены зависимости параметров рабочих процессов и потерь электрической энергии в разработанных снабберных и кламперных цепях при различных значениях входного высоковольтного напряжения, уровнях нагрузки и параметров элементов разработанных цепей защиты.

Практическая ценность работы;

• разработаны новые схемотехнические решения построения бортового высоковольтного электротехнического комплекса, подтвержденные патентами РФ на изобретение и обеспечивающие повышение технике - экономических показателей электропоездов постоянного тока;

• предложены компьютерные модели высоковольтного импульсного регулятора, тягового коллекторного двигателя, имитаторов механических нагрузок, трехфазного инвертора напряжения, асинхронного двигателя и т.п., позволяющие проводить совместное моделирование рабочих процессов . в статических преобразователях и электромеханических устройствах бортового электротехнического комплекса при разомкнутых и замкнутых системах управления;

• выработан алгоритм проектирования элементов снабберных и кламперных защитных цепей высоковольтного импульсного регулятора

напряжения, обеспечивающий при заданных ограничениях минимальные потери электрической энергии;

• разработан и изготовлен специализированный высоковольтный испытательный стенд, обеспечивающий проведение экспериментальных исследований высоковольтных тяговых импульсных регуляторов в диапазоне изменения входного напряжения питания от 100 В до 5000 В;

• созданы и испытаны макетные и опытно - промышленные образцы, разработанного высоковольтного электротехнического комплекса применительно к концептуальному электропоезду серии ЭМ2И, которые успешно прошли лабораторные, квалификационные и эксплуатационные испытания.

Перечисленные результаты получены лично автором или при его непосредственном участии.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы легли в основу серийного выпуска первых отечественных электротехнических комплексов с IGCT тиристорами для электропоездов постоянного тока. В течение 2002 г. в полном объеме проведена разработка, подготовлен комплект конструкторской и эксплуатационной документации, и осуществлено опытно - промышленное освоение бортовых высоковольтных электротехнических комплексов на предприятии ЗАО «Спецремонт».

В настоящее время разработанные электротехнические комплексы, установлены на 4 электропоездах серии ЭМ2И. Данные электропоезда с 2003 г. успешно эксплуатируются в депо «Домодедово». В конце 2004 г. объем выпуска высоковольтных электротехнических комплексов достигнет 5 шт. в месяц.

Проведенный экономическим отделом ЗАО «Спецремонт» совместно со специалистами Московской железной дороги анализ показывает, что внедрение разработанного высоковольтного электротехнического комплекса по сравнению с существующим оборудованием, обеспечивает снижение эксплуатационных расходов, более чем на 30 % . Это достигается благодаря снижению затрат на электрическую энергию и уменьшением расходов, связанных с обслуживанием, текущим и капитальным ремонтом высоковольтных контакторов, быстродействующего выключателя, реостатного контролера и т.п. Фактический экономический эффект за счет снижения эксплуатационных расходов составляет 1.81 млн. руб. в год. Ожидаемый экономический эффект от планируемого внедрения высоковольтных электротехнических комплексов к 2005 г. составит 21.7 млн. руб. Окупаемость серийного выпуска высоковольтных электротехнических комплексов при расчете в прогнозных ценах достигается на четвертом году.

Полученные в ходе выполнения диссертационной работы теоретические и практические результаты легли в основу проектирования высоковольтных электротехнических комплексов с ЮСТ тиристорами для скоростного электропоезда серии ЭМ6 и электровоза постоянного тока в соответствии с «Федеральной целевой программой по разработке и производству пассажирского подвижного состава нового поколения». Завершение данных разработок высоковольтных электротехнических комплексов запланировано на четвертую декаду 2005 г.

Следует отметить широкое внедрение разработанного трехфазного инвертора напряжения, входящего в состав бортового высоковольтного электротехнического

комплекса. Помимо использования в составе электрооборудования концептуального электропоезда ЭМ2И, данные инверторы применяются для питания асинхронных двигателей вспомогательных компрессоров на электропоездах серии ЭР2, ЭМ2 и ЭМ4 «Спутник». В настоящее время свыше 100 шт. трехфазных инверторов успешно эксплуатируются в депо «Апрелевка», «Пушкино», «Домодедово» и «Москва 2».

Результаты исследований также внедрены в учебный процесс кафедры 310 «Электроэнергетические и электромеханические системы» Московского авиационного института (государственного технического университета).

В приложении приведены акты о внедрении результатов диссертационной работы и результаты исследований электромагнитных процессов в бортовом электротехническом комплексе, содержащем нерегулируемый источник трехфазного синусоидального напряжения, асинхронный двигатель компрессора и трехфазный инвертор с регулируемым входным напряжением.

Апробация работы. Полученные теоретические положения и результаты компьютерного моделирования апробированы на 3 международных научно-технических симпозиумах («Power Conversion, PCIM-2001»/ Nuremberg, Germany, 2001 г., «Power Conversion, PCIM-2002»/ Nuremberg, Germany, 2002 г., «EPE'2003» /Toulouse, France, 2003 г.) и в 5 отечественных научно-технических конференциях.

Публикации. Основные материалы диссертационной работы опубликованы в 19 печатных работах, в том числе 3-х патентах и 2-х заявках на патент РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемых источников и трех приложений. Основная часть диссертации содержит 191 страницу машинописного текста, включая 86 рисунков и 74 таблиц. Список литературы включает 111 наименований,-в том числе 36 на иностранных языках. Приложения имеют объем 12 страниц. Общий объем диссертационной работы составляет 204 страницы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, определена решаемая научно-техническая проблема, сформулированы цель и основные задачи диссертации, показана научная новизна и практическая полезность работы, дана информация о структуре, апробации, публикациях и практическом использовании материалов диссертационной работы.

В первой главе рассмотрены принципы построения высоковольтных тяговых электротехнических комплексов для железнодорожного транспорта постоянного тока. Особое внимание уделено практическим примерам, в которых реализованы различные способы регулирования скорости вращения тяговых коллекторных двигателей с последовательным возбуждением.

С целью рационального выбора типа высоковольтного ключевого элемента для рассматриваемого тягового электротехнического комплекса предложены 4 группы критериев, включающие электрические параметры и качественные свойства силовых полупроводниковых приборов. В основу групп заложены критерии:

• отражающие предельные электрические условия работы;

• позволяющие оценить возможные тепловые потери прибора;

• показывающие предельные электрические параметры прибора;

• раскрывающие необходимость построения защитных цепей, ограничивающих скорость нарастания напряжения на закрытом приборе.

С помощью предложенных критериев проанализированы современные силовые полупроводниковые приборы известных фирм: Semikron (Германия), Hitachi (Япония), ABB Semiconductors AG (Швейцария), International Rectifier (США) и т.п. В результате сравнительного анализа в качестве силового высоковольтного ключевого прибора для проектируемого бортового электротехнического комплекса выбран IGCT тиристор типа 5SHY35L4510 (ABB Semiconductors AG, Швейцария), который за счет относительно небольшой длительности времени и потерь электрической энергии на выключение, а также незначительного падения напряжения на закрытом приборе имеет сравнительно малые динамические и статические потери мощности.

При определении максимальной допустимой частоты (fMax) преобразования электрической энергии предложено осуществлять расчет семейства допустимых частот переключения силовых приборов с помощью выражения:

// =

^т ~ Pjc

EjK

fh

(1)

где ] - номер варианта расчета, который соответствуют заданному значению постоянного напряжения (С//), прикладываемого к закрытому прибору;

Ът - допустимое значение тепловой мощности потерь для выбранного прибора с учетом заданной максимальной температуры окружающей среды;

Р]с и Еуд- - значения статических потерь мощности и динамических потерь

электрической энергии за один период коммутации прибора, которые вьщеляются при протекании максимального тока, соответствующего заданному значению

Для расчета потерь электрической энергии при включении и выключении силового прибора для заданных значений постоянного напряжения Щ

использованы следующие выражения:

Еоп -Uj

EJon = Udc и Ejoff =

семейства полученных значений

EoffUj

(2)

V ¿с

Из семейства полученных значений (//; /2;—; /у) выбирают

минимальную величину, которая и соответствует максимально возможной частоте /мах преобразования электрической энергии. С целью повышения надежности работы выбранного высоковольтного прибора рабочую частоту преобразования электрической энергии принимают не более

Следует отметить, что вследствие ограниченных возможностей современных технологий, которые не позволяют серийно выпускать быстродействующие полупроводниковые приборы выше 6000 В, возникает необходимость применения последовательного соединения высоковольтных полупроводниковых приборов.

В результате анализа отечественной и зарубежной литературы, учета заданных технических, конструктивных и экономических требований, опыта разработок высоковольтных статических преобразователей - автором предложена тяговая схема (рис. 1) для электропоезда постоянного тока, защищенная патентом РФ. Она содержит две параллельные группы тяговых двигателей ^^ М2 и МЗ, М4), что обеспечивает независимость работы тяговых двигателей каждой моторной тележки.

Подробно раскрыт принцип действия рассматриваемого электротехнического комплекса в режимах «блокировка», «тяга» и «электродинамическое торможение». В .том числе детально описана разработанная принципиальная схема силовых электронных коммутационных блоков А2 и А5 (рис. 2), которые являются важнейшими элементами высоковольтного электротехнического комплекса. Они содержат входные конденсаторы (С1 и С2), кламперную защитную цепь R1...R8, УО1 и УО2), блок варисторов, два последовательно включенных ЮСГ тиристора (У81 и У82) с антипараллельными диодами (УО3 и УО5) и уравнительными резисторами ^9, R10 и R15, R16), снабберные защитные цепочки (УО4, R11...R14, СЗ и УОб, R17...R20, С4), два последовательно включенных обратных силовых диода (УО7 и УО8) с уравнительными резисторами (Я21 и Я22), два последовательно включенных тормозных силовых диода (УО9 и УО10), сглаживающие конденсаторы (С5...С8), блок контроля сигналов (БКС) и вторичный источник питания с высоковольтной гальванической развязкой (ВИП).

Рис. 2. Принципиальная схема электронного коммутационного блока А2(А5)

Во-второй главе осуществлен анализ существующих принципов описания рабочих процессов в бортовом электротехническом комплексе. С учетом сохранения адекватности моделей при снятии или введения допущений, устойчивости к изменениям параметров, способности к модификации схемы и совместимости с другими типами моделей для решения поставленных задач выбран сравнительно новый пакет прикладных программ CASPOC.

В основу данного программного продукта в отличие от Design Center заложена мультиуровневая программная среда. Первый уровень образуется CASPOC-моделями, которые отражают математические соотношения. Второй уровень составляют CASPOC-модели активных и пассивных элементов электрических схем, различные электромеханические и механические устройства. Третий, так называемый системный уровень, предназначен для программирования функций управления и регулирования, включая применение других программных продуктов. При этом к важному достоинству пакета прикладных программ CASPOC относится организация эффективной связи между средним и крайними уровнями,

которые имеют различные степени абстракции, а также удобный графический интерфейс, привычный и понятный любому специалисту по электромеханике.

Подробно описана разработанная компьютерная модель тяговой схемы бортового высоковольтного электротехнического комплекса (рис. 3). В ее основу положено математическое описание тягового коллекторного двигателя постоянного тока, которое содержит уравнение электрической цепи:

с1[1а-Ь/)

- р ; , d(ia -Lg) D «а - лala+-j-+ к/'а + "

Л

- + е,

а>>

(3)

где

иа и 1а - мгновенное значение напряжения питания и тока двигателя;

и Ьа- значения активного сопротивления и полной индуктивности якорной обмотки; Л у и ¿у - значения активного сопротивления и полной

индуктивности обмотки возбуждения;

га - ЭДС вращения якорной обмотки.

□Г

Xfii.

Ш-

Рис. 3. Компьютерная модель тяговой схемы бортового высоковольтного электротехнического комплекса

При этом ЭДС вращения определяется из выражения:

ей)-Сй' ¥ad» (4)

где <о - угловая скорость ротора, которая принимает положительные значения при двигательном режиме работы машины;

У ad ~ к- Lj~ -ia - мгновенное значение потокосцепления обмотки

возбуждения с обмоткой якоря при угле сдвига между ними равном нулю градусов;

к = 1 Р--постоянный коэффициент, причем z и а - число проводников и

2-л-а

параллельных ветвей тока обмотки якоря,/? - число пар полюсов.

В свою очередь, механическое уравнение движения ротора (уравнение моментов) имеет следующий вид:

Те

TL+{JR+JL)%. (5)

где Te=4/aj-ia - мгновенное значение электромагнитного момента,

развиваемого тяговым двигателем; *

- мгновенное значение момента сопротивления механической нагрузки,

приведенного к ротору электрической машины; *

JR и JL ~ моменты инерции ротора коллекторного двигателя и внешней механической нагрузки, приведенного к ротору машины.

С целью учета изменения индуктивности обмотки возбуждения (¿.у) от протекающего по ней тока (ia) из-за эффекта насыщения магнитной системы разработана блок - модель VARLF, основанная на следующем выражении:

mL-.-^M)

ч- Wd ■

где А1...АЗ - постоянные коэффициенты, аппроксимирующие нелинейную характеристику магнитной системы двигателя.

В основу модели нагрузки тяговых двигателей заложен блок LOAD, отражающий уравнение:

t

[Fm-F*oad)

у = + Р-»-гЛ, (7)

О М

где У0 - начальное значение линейной скорости электропоезда; * *

Рщ и оас! ~ мгновенные значения силы тяги и сопротивления движению

электропоезда, приведенные к одному или паре тяговых двигателей; *

М - масса электропоезда, приведенная к одному или паре двигателей.

*

При этом приведенная сила (Р1оас1) сопротивления движению электропоезда имитируется блоком - модели «РУЛЯ», в котором использовано выражение:

*оас1=М*-(В1 + В2^ + В3-Ч2у (8)

где В1 ...ВЗ - постоянные коэффициенты сопротивления движению.

Для учета силы трения покоя разработана блок-модель ШЬОУШ, которая

реализует следующие условия начала движения электропоезда: *

если Рт < Р1, то у= 0; *

если Рт > Р1, то V принимает вычисленные значения, где рI - принятая сила трения покоя поезда.

Для вычисления дополнительных потерь в магнитопроводе, по известным разработанным методикам, определены выражения для расчета мгновенного значения (¡а) и амплитуды колебаний (А1а) якорного тока двигателя с учетом особенности его работы с импульсным регулятором напряжения:

1<а+1</+1<1

, иа-^пА-е^у ;

Яа+11/ + К1

'имп

д. е0)_ 1 е . _, у

где - мгновенное значение тока в начальный момент времени последнего

изменения значения функции з%пА\

/у - значение текущего времени в момент последнего изменения значения функции sgnA;

{1 при открытом силовом ключе

- коммутационная функция;

О при закрытом силовом ключе 1имп ' Длительность открытого состояния силового ключа; 1п = (Т -1имп) - длительность закрытого состояния силового ключа.

Получено выражение для предварительного вычисления амплитуды пульсации тока двигателя в зависимости от длительности открытого состояния силового ключа:

Л1^-т-,Ц-т_[1аи+1/+1]). (П)

Также выведены расчетные выражения для случая импульсного регулирования тока обмотки возбуждения тяговых коллекторных двигателей.

Детально описана компьютерная модель силовой схемы электротехнического комплекса с асинхронным двигателем. В ее основу заложены уравнения состояния асинхронного двигателя и специально разработанные CASPOC - модели, отражающие рабочие процессы в трехфазном инверторе и механической нагрузке. Для учета влияния эффекта «вытеснения тока» в роторных обмотках, разработан специальный блок, который обеспечивает высокую точность вычисления мгновенных значений пускового момента асинхронного двигателя. Сопоставительный анализ показал, что при относительно высокой точности и скорости расчета переходных и установившихся режимах работы, разработанная компьютерная модель электротехнического комплекса с асинхронным двигателем обладает высокой устойчивостью к различным изменениям параметров силовой

La + Lf-^il

(10)

схемы и топологии трехфазного инвертора, включая добавление входного фильтра, цепей заряда входного конденсатора, снабберных защитных цепей и т. п

В третьей главе показано, что обеспечение благоприятных условий функционирования силовых полупроводниковых приборов всегда связано с ростом потерь энергии в импульсном регуляторе напряжения и соответственно с определением минимума целевой функции потерь энергии при выполнении совокупности ограничений в условиях нормальной штатной работы и аварийных режимов

ФппА Х(Г2- ■ хИЬх- У\У1- Ш2- ■ УИ'уу)^0, фпп2{ Ш2> • Шхх- УУП. Ш2> • П2)

фппк[ XV? 1- Х\У2- • Шхх> Ш1. У1¥2• ■

где Фпп1< фпп2.....Фппк ~ функции, которые заданы паспортными

характеристиками применяемых полупроводниковых приборов с учетом принятых коэффициентов запаса;

хц/], х\л/2 > Ц¥3>---> х(Гхх " параметры элементов силовой схемы,

У1¥]> У\У2< У1¥3'---> У1¥уу>" входные и выходные параметры силовой схемы

В общем виде множество формируется

максимальными пиковыми значениями, максимальными длительными значениями, средними значениями мгновенного тока и напряжения, скоростями нарастания мгновенного тока и напряжения, длительностью электромагнитного процесса согласно паспортным данным каждого применяемого полупроводникового прибора и требованиям нормального функционирования электротехнического комплекса

Посредством разработанной компьютерной модели в имитационной среде CASPOC исследованы переходные и установившиеся режимы работы рассматриваемого электротехнического комплекса с тяговыми коллекторными двигателями. В качестве примера на рис. 4 и рис. 5 приведены результаты моделирования мгновенного значения якорного тока тяговых двигателей в режимах «тяга» и «электродинамического торможения»

Рис 4 Мгновенное значение якорного тока тяговых двигателей в режиме «тяга»

Рис 5 Мгновенное значение якорного тока тяговых двигателей в режиме «электродинамического торможения»

Анализ результатов моделирования показал, что с ростом значения индуктивности Ь кламперного реактора, максимальное значение импульсного напряжения (Шя) на закрытом ЮСТ тиристоре повышается. Это происходит за счет передачи в снабберные конденсаторы части электромагнитной энергии, накопленной в кламперном реакторе и в индуктивности рассеивания питающих проводов. Снижение максимального напряжения достигается за счет повышения емкости снабберных цепей и уменьшения значения активного сопротивления кламперного резистора. В свою очередь с повышением индуктивности кламперного реактора происходит небольшое увеличение скорости нарастания напряжения на закрытых ЮСТ тиристорах. При этом с энергетической точки зрения рационально иметь минимально возможное значение индуктивности кламперного реактора. Это обусловлено тем, что большая часть электромагнитной энергии, накопленной в кламперном реакторе, выделяется в кламперном резисторе в виде тепла.

Аналогичные тенденции роста потерь электрической энергии происходят при повышении емкости конденсаторов снабберных защитных цепей. Соответственно, допустимое значение потерь электрической энергии в снабберных резисторах является верхним ограничительным фактором при выборе емкости конденсатора защитных цепей импульсного регулятора.

Следует отметить, что максимальная скорость роста напряжения на закрытом ЮСТ тиристоре меняется незначительно при сопротивлении снабберного резистора выше 50 Ом. Также от данного сопротивления не существенно зависят тепловые потери электрической энергии. При этом повышение значения сопротивления существенно снижает разрядный ток снабберных конденсаторов в момент открытия силового тиристора, что приводит к повышению максимального значения напряжения на силовом ключе при следующем переходе его из открытого состояния в закрытое. С другой стороны для нормального функционирования системы диагностики электротехнического комплекса желательно иметь малую длительность коммутационного процесса при закрытии силового тиристора.

В результате проведенного исследования рабочих процессов разработан энергосберегающий алгоритм расчета и выбора элементов защитных цепей. По существу в предложенном алгоритме в соответствии с разработанной структуризацией функций ограничений Ф осуществляется последовательное определение параметров групп однородных элементов снабберных и кламперных защитных цепей с возможными итерациями при условии не выполнения заданных ограничений после поверочного моделирования рабочих процессов в рассматриваемом электротехническом комплексе.

С помощью разработанной в имитационной среде CASPOC компьютерной модели подробно проведены исследования рабочих процессов в бортовом электротехническом комплексе с питанием асинхронного двигателя от трехфазного инвертора при различных формах кривой выходного напряжения. Особое внимание уделено пуску асинхронного двигателя. Учитывая требование сохранения при пуске максимальной перегрузочной способности асинхронного двигателя, предложен следующий закон изменения амплитуды первой гармонической составляющей фазного напряжения от текущего значения частоты:

+ ■К2.{1-5)2 (13)

/н'Р V мен где ин - номинальное действующее значение статорного напряжения;

Мен - номинальный элетромагнитный момент, развиваемый двигателем;

л = —3-— - номинальное скольжение двигателя; ,

ау

р и К1, К2- число пар полюсов и постоянные коэффициенты нагрузки; /н н /т ' номинальное и текущее значения частоты статорного

напряжения.

С целью повышения пускового момента рационально при малых частотах вращения ротора немного завышать действующее значение напряжения статорных обмоток. В таком случае выражение (13) принимает следующий вид:

ит=Щ+^-Гт-\!^-+4.ж2-К2.{1-*)2-й, (14) /н'Р V мен

где и о - начальное значение напряжения, определяемое эмпирическим путем для каждого типа механической нагрузки.

Рис. 7. Кривая мгновенных значений угловой частоты асинхронного двигателя

Моделирование рабочих процессов в электротехническом комплексе проведено применительно к асинхронному двигателю основного компрессора электропневматической системы электропоезда серии ЭМ-2. На рис. 6 и рис. 7 представлены кривые мгновенных значений электромагнитного момента ,

угловой частоты вращения ротора и статорного тока асинхронного

двигателя на интервале времени разгона его ротора при управлении в соответствии с

полученным выражением. Как видно из представленных кривых, полученный закон действительно обеспечивает минимальную кратность пускового тока.

Получены предельные значения коэффициентов, которые характеризуют скорость нарастания частоты и выходного напряжения трехфазного инвертора при различном соотношении составляющих нагрузочного момента. Анализ показывает, что при линейном законе регулирования частоты и выходного напряжения динамическая характеристика электромагнитного момента двигателя имеет провал в средней стадии разгона ротора В свою очередь использование нелинейного закона регулирования с ненулевыми значениями начальной частоты и выходного напряжения трехфазного инвертора позволяет избежать провалов в динамической характеристике электромагнитного момента асинхронного двигателя.

В четвертой главе с целью проверки полученных теоретических положений диссертации и разработанных технических решений был изготовлен макетный образец силового модуля высоковольтного электротехнического комплекса При номинальном входном напряжении 3000 В силовой модуль имеет выходную мощность 400 кВт. Аварийный максимально допустимый импульсный ток 3000 А. Частота преобразования электрической энергии 1000 Гц. Разработанный силовой модуль предназначен для регулирования высоковольтного напряжения (2200 ..4000 В) питания одной пары тяговых коллекторных двигателей постоянного тока моторного вагона электропоезда ЭМ2И. При снятых боковых стенках, разработанный модуль имеет свободный доступ ко всем элементам электрической схемы (рис. 8).

Рис. 8 Внешний вид тягового Рис. 9.Высоковольтный испытательный

преобразователя стенд

Плата управления силовым модулем расположена в тамбуре моторного вагона и выполнена с использованием микропроцессоров типа ЛТ9088583 и ЛТ9082313 семейства ЛУЯ фирмы ЛТМБЬ. С целью повышения помехоустойчивости функционирования силового модуля связь между платой управления и драйверами силовых ЮСТ тиристоров осуществляется с помощью оптоволоконной техники.

Для проведения экспериментальных исследований специально разработан и изготовлен на кафедре 310 МАИ высоковольтный испытательный стенд (рис. 9) с возможностью плавного регулирования высоковольтного напряжения от 100 В до

5000 В постоянного тока и имитации различных нагрузок стека. При этом стенд включает в себя блок выработки управляющих световых сигналов драйверов силовых ЮСТ тиристоров и систему жидкостного охлаждения стека.

В ходе экспериментов в полном объеме проанализированы рабочие, установившиеся и переходные процессы высоковольтного силового стека. В качестве характерного примера на рис. 10 представлена экспериментальная кривая мгновенного значения выходного тока стека в режиме плавного запуска коллекторного двигателя до заданной скорости вращения вала с переходом в режим «электродинамического торможения». Особое внимание было уделено проверке обеспечения допустимых граничных параметров переходных процессов в силовом стеке при возникновении возможных аварийных ситуаций, включая имитации выходов из строя силовых ЮСТ тиристоров и обратных силовых диодов. В качестве примера на рис. 11 приведена экспериментальная кривая, демонстрирующая защитные свойства разработанных кламперных цепей по ограничению скорости нарастания тока при глухом коротком замыкании сглаживающего реактора.

Рис.10 Кривая мгновенного значения Рис. 11.Кривая мгновенного значения

выходного тока в номинальном режиме выходного тока в аварийном режиме

В целом, результаты испытаний в установившихся, переходных и аварийных режимах работы показывают, что силовой стек стабильно функционирует при всех уровнях рабочего высоковольтного напряжения. При этом разработанные кламперные и снабберные защитные цепи в комплексе обеспечивают выполнение заданных ограничений по амплитуде и скорости нарастания мгновенных значений токов и напряжений в полупроводниковых приборах силового стека.

В свою очередь для проведения экспериментальных исследований был разработан и изготовлен макетный образец (рис. 12) трехфазного инвертора, рассчитанный на выходную номинальную мощность 10 кВт и выходное линейное напряжение 220 В (50 Гц) Базовым элементом системы управления трехфазного инвертора является микропроцессор типа AT90S8583 фирмы ATMEL. Разработанная система управления осуществляет формирование, посредством широтно-импульсной модуляции, кривой выходного трехфазного напряжения (рис. 13) Также, при запуске трехфазного инвертора, она обеспечивает плавное нарастание по выбранному и ранее описанному закону выходного напряжения и частоты, защиту от коротких замыканий, от обрыва фазы и от перегрева силовых транзисторных модулей.

Рис. 13 Кривые выходного трехфазного Рис. 12.Внешний вид трехфазного инвертора напряжения и тока

Анализ экспериментальных исследований разработанного макетного образца электротехнического комплекса с асинхронным двигателем показывает, что в установившемся режиме работы основные расчетно-теоретические выводы и результаты компьютерного моделирования совпадают с эмпирическими данными. Наибольшую разницу (3...7 %) между экспериментальными и расчетными результатами имеют максимальные значения токов, которые протекают по силовым ЮБТ транзисторам и соответственно по фазным нагрузкам трехфазного инвертора. В основном расхождение связано с погрешностью учета падения напряжения при протекании силового тока по силовым ключевым элементам, эффекта вытеснения тока в обмотках и насыщения магнитной системы исследуемого асинхронного двигателя. Однако, при инженерных расчетах обнаруженные погрешности не является значимыми. В целом, проведенные экспериментальные исследования подтвердили работоспособность разработанного электротехнического комплекса с питанием асинхронного двигателя от трехфазного инвертора и справедливость основных теоретических положений и результатов компьютерного моделирования.

В конце 2002 г., разработанный высоковольтный электротехнический комплекс был испытан на концептуальном электропоезде серии ЭМ2И (рис. 14) на экспериментальном кольце ВНИИЖТ МПС РФ. Экспериментально исследованы установившиеся и переходные процессы. Особое внимание было уделено переходным процессам при нарушении контакта токоприемника (рис. 15).

Рис. 15.Переходные процессы при Рис. Н. Внешний вид электропоезда ЭМ2И нарушении контакта токоприемника

В ряде случаев, при нарушении контакта токоприемника, возникают существенные колебательные процессы в тяговой схеме, которые приводят к выключению разработанного электротехнического комплекса и соответственно к потере силы тяги электропоезда. Для устранения данного недостатка принято решение объединить все токоприемники электропоезда силовым проводом. В таком случае, за счет малой вероятности одновременного отрыва всех токоприемников существенно увеличивается бесперебойность работы тяговой схемы.

В целом, анализ переходных процессов в разработанном электротехническом комплексе при имитации аварийных ситуаций, включая разнообразные случаи коротких замыканий, выход из строя силовых тиристоров и обратных силовых диодов и т. п., показывает, что все разработанные элементы, включая устройства защиты, функционируют эффективно и надежно. Уже на начальной стадии устройства защиты, по предложенному алгоритму, распознают аварийные ситуации, и не позволяют входному току тяговой схемы и току, протекающему по обмоткам тяговых двигателей, превысить заданные допустимые значения. В результате чего, аварийное отключение при различных вариантах аварийных режимов происходит без повреждения тяговых двигателей и узлов электротехнического комплекса.

Подробно описан предложенный алгоритм проектирования рассматриваемого тягового высоковольтного электротехнического комплекса, основанный на использовании приведенных материалов и полученных результатов диссертационной работы. Разработанный обобщенный алгоритм может быть использован при проектировании тяговых высоковольтных электротехнических комплексов на базе высоковольтных ЮСТ тиристоров.

В заключении перечислены основные результаты и выводы проделанной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Предложенная структуризация совокупности ограничений (по максимальным пиковым значениям, максимальным длительным значениям, средним значениям мгновенного тока и напряжения, скоростям нарастания мгновенного тока и напряжения, длительности электромагнитного процесса) объединяет допустимые параметры выбранных полупроводниковых приборов и требования по надежному функционированию всего электротехнического комплекса в условиях штатной и аварийной работы. Это позволяет разрабатывать алгоритмы расчета и выбора параметров пассивных элементов силовой схемы с низкими потерями электрической энергии при обеспечении благоприятных условий функционирования силовых полупроводниковых ключевых приборов.

2. Разработанный обобщенный алгоритм расчета и выбора параметров кламперных и снабберных защитных цепей при заданных ограничениях и требованиях, позволяет снизить потери энергии в элементах пассивной защиты. Его использование в разработке высоковольтного электротехнического комплекса для концептуального электропоезда ЭМ2И обеспечило снижение потерь мощности в защитных цепях импульсного регулятора напряжения тяговых двигателей на 27 %

3. Предложенные обобщенные критерии сравнения электрических параметров и качественных свойств полупроводниковых ключевых приборов

показывают, что применительно к тяговым электротехническим комплексам для железнодорожного транспорта целесообразно использовать высоковольтные IGCT тиристоры. Они имеют сравнительно лучшие динамические (потери электрической энергии на выключение) и особенно статические (малое падение напряжения на открытом приборе) показатели.

4. При исследовании рабочих процессов силовой схемы высоковольтного электротехнического комплекса, включающего устройства с различными постоянными времени (электронные схемы управления, статические преобразователи, электрические двигатели, механические нагрузки и т.п.), рационально применять пакет визуального моделирования CASPOC, который за счет мультиуровневой среды сочетает возможности алгоритмического, блочно-диаграммного и системного моделирования. Сравнительный анализ результатов компьютерного моделирования электротехнического комплекса, содержащего трехфазный инвертор или конвертор, асинхронный или коллекторный двигатель, показывает, что затраты машинного времени при использовании CASPOC в 3 -7раз меньше по сравнению с конкурентным пакетом программ Design Center. При этом в некоторых режимах работы или при отдельных сочетаниях параметров сходимость вычислений в Design Center достичь практически невозможно.

5. Разработанные в среде прикладных программ CASPOC компьютерные модели высоковольтного импульсного регулятора, тягового коллекторного двигателя постоянного тока, имитаторов механических нагрузок, трехфазного инвертора напряжения, асинхронного двигателя и т.п. с одной стороны, имеют хорошую адекватность получаемых теоретических результатов с экспериментальными данными, а с другой стороны, обладают высокой устойчивостью к различным изменениям параметров и топологии силовой схемы электротехнического комплекса.

6. Сравнительный анализ теоретических и экспериментальных исследований рабочих процессов на опытных образцах разработанного электротехнического комплекса показывает, что основные результаты полученных расчетных выражений и компьютерного моделирования в программной среде CASPOC совпадают с экспериментальными данными с погрешностью не более 5... 7 %.

7. Анализ моделирования рабочих процессов в электротехническом комплексе с асинхронным приводом подтверждает, что использование предложенного нелинейного закона регулирования с ненулевыми значениями начальной частоты и действующего выходного напряжения трехфазного инвертора позволяет избежать провалов в динамической характеристике электромагнитного момента асинхронного двигателя. В частности, выявлено, что в асинхронном приводе мотор - компрессора электропоездов серии ЭР2, ЭМ2 и ЭМ4 при начальных 10 % значениях от номинальных практически неизменным сохраняются коэффициент мощности и величина скольжения асинхронного двигателя.

8. Полученные расчетные и компьютерные модели, аналитические выражения и установленные характерные зависимости рабочих процессов легли в основу сравнительно быстрого (в течение одного года) опытно - промышленного освоения первых отечественных высоковольтных электротехнических комплексов с

использованием силовых IGCT тиристоров для железнодорожного транспорта. В составе концептуального электропоезда ЭМ2И, разработанные электротехнические комплексы в 2003 г. полностью прошли квалификационные испытания на экспериментальном кольце ВНИИЖТ МПС РФ. Межведомственная комиссия от 23 января 2003 г., рассматриваемой разработке бортового высоковольтного электротехнического комплекса в составе концептуального электропоезда серии ЭМ2И присвоила литер 01.

9. По состоянию на первый квартал 2004 г. на предприятии ЗАО «Спецремонт» серийно изготовлено свыше 20 шт. высоковольтных электротехнических комплексов для концептуального электропоезда серии ЭМ2И, которые успешно эксплуатируются в депо «Домодедово» Московской железной дороги. По сравнению с существующими высоковольтными электротехническими комплексами с контактно - резисторным оборудованием, которые применяются на серийно выпускаемых электропоездах серии ЭД4, снижение расхода электрической энергии на электропоезде серии ЭМ2И составляет 17...25 %.

10. Окупаемость серийного выпуска, разработанных высоковольтных электротехнических комплексов в составе электропоезда серии ЭМ2И при расчете в прогнозных ценах, достигается на четвертом году. Фактический экономический эффект за счет снижения эксплуатационных расходов составляет 1.81 млн. руб в год. Ожидаемый эффект от планируемого внедрения высоковольтных электротехнических комплексов к концу 2005 г. составит 21.7 млн. руб.

11. Подтвержденные квалификационными и эксплуатационными испытаниями полученные теоретические положения и результаты диссертационной работы обусловили начало проектирования бортовых высоковольтных электротехнических комплексов с IGCT тиристорами для скоростного электропоезда серии ЭМ6 и пассажирского электровоза постоянного тока нового поколения. Завершение данных разработок высоковольтных электротехнических комплексов запланировано на четвертый квартал 2005 г.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Чуев Д. В./ Система диагностики статического преобразователя// Радиоэлектроника и электротехника в народном хозяйстве - М.: МЭИ, 1998.

2. Чуев Д. В., Вольский С. И. Система диагностики в тиристорном преобразователе ТП-13.5 У1 электропоезда типа ЭР2. - Железнодорожный транспорт. Серия: Локомотивы и локомотивное хозяйство, вып. 4, 1998. - с. 11-22.

3. Чуев Д. В., Вольский С. И/ Электронная система управления как основа для создания надежного высоковольтного тиристорного преобразователя для нужд электропоезда пригородного сообщения типа ЭР2//Будущее авиации и космонавтики -М.: МАИ, 1999.-с. 29-31.

4. Чуев Д. В./ Вопросы создания надежных высоковольтных тиристорных преобразователей резонансного типа// Радиоэлектроника и электротехника в народном хозяйстве - М.: МЭИ, 1999. - с. 54-55.

5. Chuev D. V/ A design of defence circuits of high - voltage IGCT converters -Reprint from Power Conversion 2000 (PCIM 2000), Nuremberg, Germany, 2000. - p. 9.

6. Volsky S. 1.,'Lomonova E. A., Chuev D. V., Ruminchev M. J./ Design of the mechatronic system with linear motor// Proceedings of Power Conversion 2001 (PCIM 2001)-Nuremberg, Germany, 2001. -pp. 386-393.

7. Chuev D. V., Volsky S. I., Butenko P. V., Lamanov A. V., Ernst R/ Development of the energy efficient defence circuits for traction high-voltage converter// Proceedings ofPower Conversion 2001 (PCIM 2001) -Nuremberg, Germany, 2001.

8. Chuev D, V., Volsky S. I., Butenko P. V, Lamanov A. V/ Voltage regulator module for the traction application// PCIM 2002 - Nuremberg, Germany, 2002.

9. Ламанов А. В., Белащенко М. Д., Вольский С. И., Чуев Д. В., Милованов В. К., Никитин В. В. Новый поезд России. - М.:ФП0 НТТ, 2002. - 73 с.

10. Чуев Д. В., Вольский С. И./ Трехфазный инвертор напряжения.// Перспективы и тенденции развития электротехнического оборудования для энергетики, транспорта, нефтяной и газовой' промышленности - М: Интерэлектромаш, 2002. - с. 38-41.

11. Volsky S. I., Syroezhkin E. V, Lamanov A. V, Chuev D. V, Ostrovsky A. V/ Traction induction drive for railway.// Proceedings of European Power Electronics and Applications (EPE'2003) - Toulouse, France, 2003. - 71-79 p.

12. Вольский С. И., Сыроежкин Е. В., Чуев Д. В. CASPOC. Практическое руководство. - М.: ФПО НТТ, 2003. - 71 с.

13. Чуев Д. В., Вольский С. И./ Компьютерное моделирование высоковольтного тягового привода в программной среде CASPOC.// Перспективы и тенденции развития электротехнического оборудования для энергетики, транспорта, нефтяной и газовой промышленности - М.: Интерэлектромаш, 2002. - с. 32-35.

14. Вольский С. И., Сыроежкин Е. В., Чуев Д. В. CASPOC. Библиотека элементов и макросов. - М.: ФПО НТТ, 2003. - 43 с.

15. Вольский С. И., Чуев В. И., Чуев Д. В./ Преобразователь постоянного напряжения// Патент РФ №2132108 от 10.06.1998.

16. Чуев Д. В., Вольский С. И., Чуев В. И./ Преобразователь постоянного напряжения// Патент РФ №2131638 от 10.06.1998.

17. Чуев В. И., Вольский С. И., Чуев Д. В./ Преобразователь постоянного напряжения// Патент РФ №.№2155427 от 04.12.1998.

18. Чуев Д. В., Вольский С. И./ Электропривод постоянного тока// Заявка на изобретение №203123726 от 31.07.2003.

19. Чуев Д. В., Вольский С. И., Бочаров В. В./ Устройство для регулирования скорости тягового электропривода// Заявка на изобретение №203123727 от 31.07.2003.

МАИ Заказ от2Д Ofc Ofv Тираж £Ожь.

»15279

РНБ Русский фонд

2005-4 12412

ВВЕДЕНИЕ

1. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ТЯГОВЫХ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ.

1.1. Анализ принципов построения тяговых высоковольтных электротехнических комплексов для железнодорожного транспорта постоянного тока.

1.2. Анализ современного состояния в области силовых полупроводниковых приборов и выбор типа высоковольтного полупроводникового ключа статического преобразователя.

1.3 Построение структурной схемы базового высоковольтного электротехнического комплекса для железнодорожного транспорта

2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ БОРТОВОГО ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА.

2.1. Выбор принципа описания рабочих процессов в бортовом электротехническом комплексе.

2.2. Компьютерное моделирование силовой схемы электротехнического комплекса с коллекторными двигателями постоянного тока.

2.3. Компьютерное моделирование силовой схемы электротехнического комплекса с асинхронными двигателями.

3. АНАЛИЗ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ В БОРТОВОМ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОМ КОМПЛЕКСЕ.

3.1. Анализ результатов моделирования в электротехническом комплексе с тяговыми коллекторными двигателями.

3.2. Анализ результатов моделирования в электротехническом комплексе с асинхронными двигателями.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ.

4.1. Результаты испытания силовых электронных устройств бортового электротехнического комплекса.

4.2. Тягово-энергетические испытания в установившихся режимах бортового электротехнического комплекса.

4.3. Электрические испытания в переходных и аварийных режимах бортового электротехнического комплекса.

4.4. Алгоритм проектирования бортового высоковольтного электротехнического комплекса.

Одним из перспективных направлений повышения технико - экономических показателей бортовых электротехнических комплексов является увеличение уровня входного питающего напряжения. В связи с этим на российских железных дорогах применяется контактная сеть постоянного тока с номинальным высоковольтным напряжением 3000 В . По той же причине, учитывая тенденции роста мощности бортовых потребителей электроэнергии аэрокосмических летательных аппаратов, считаются перспективными автономные электротехнические комплексы с высокочастотной однофазной распределительной сетью (20 кГц) и сравнительно высоким действующим значением магистрального напряжения 750 В [1. .4].

Другим направлением эффективного совершенствования технических и экономических характеристик бортовых электротехнических комплексов является внедрение современных достижений силовой полупроводниковой и микропроцессорной техники. Особенно это относится к бортовым комплексам российских железных дорог, где до сих пор серийно используются только электромашинные высоковольтные преобразователи и высоковольтные контактно-резистивные пусковые тяговые устройства.

В настоящее время проектированием и разработкой статических полупроводниковых преобразователей для бортовых электротехнических комплексов применительно к железнодорожному транспорту занимаются многие известные организации и фирмы, в частности Сибирский филиал ВНИКТИ (г. Новосибирск), ВНИИЭ (г. Москва), ЗАО «Спецремонт» (г. Москва), АО «Электровыпрямитель» (г. Саранск), ООО «ТОМАК, ЛТД» (г. Москва), ВЭИ (г. Москва), МЭИ (г. Москва), МИИТ (г. Москва), Estel (Эстония), Siemens (Германия), ABB (Швейцария), Westinghouse Electric Corp. (США), Ansaldo Transporti (Италия), Hitachi (Япония) и др. Этой проблеме посвящены научные труды таких известных ученых, как В. Е. Розенфельд, В. П. Феоктистов, В. В. Литовченко, О. Г. Чаусов, С. И. Вольский, И. П. Исаев, В. Б. Петров, А. А. Кураев, Г. М. Мустафа, И. Я. Ранькис, Ю.К. Розанов, В. А. Чванов, Б. И. Гриншейн, Г. В. Ивенский, Ю. Ю. Чуверин, Р. Д. Тулупов, А. Б. Зильберг, А. Г. Титов, M. М. Акодис, В. А. Скибинский, Ю. И. Иньков, I. Smith (Великобритания), F. С. Lee (США), О. Wasynczuk (Индия), R. Hoft

США), Т.Мияшита (Япония), J. Biess (США), М. Winterling (Нидерланды), L. Fratelli (Италия) и т. д. Однако, несмотря на значительное число публикаций и выполненных работ, бортовые электротехнические комплексы с тяговыми полупроводниковыми преобразователями применительно к российскому железнодорожному транспорту до последнего времени не нашли применение. По существу, это связано со сложными условиями работы бортовых электротехнических комплексов на российских железных дорогах, которые имеют широкий диапазон изменения высоковольтного напряжения контактной сети с возможными импульсными бросками мгновенного значения, высокий уровень коммутационных помех, существенные ограничения в части амплитудных значений гармонических составляющих псофометрического тока, обусловленные применением релейных систем безопасности движения, и т. п . Во-вторых, из-за недостатка теоретических исследований и практической апробации современных полупроводниковых приборов в реальных высоковольтных электротехнических комплексах отечественного железнодорожного транспорта.

В связи с этим, создание бортового высоковольтного электротехнического комплекса с использованием тяговых полупроводниковых преобразователей, разработка схемотехнических решений и компьютерных моделей, исследование и анализ рабочих процессов, выработка алгоритма проектирования и рекомендаций для реализации разработанных теоретических положений, их практическое апробирование и опытно-промышленное освоение на новых подвижных объектах железной дороги, является актуальной и важной научно-технической задачей.

Представленная диссертационная работа способствует решению вышеописанных проблем, связанных с созданием перспективных бортовых электротехнических комплексов для электропоездов и электровозов постоянного тока нового поколения. Она выполнена в рамках научно - исследовательской работы

Исследование рабочих процессов в электромагнитных и электромеханических устройствах перспективных электротехнических комплексов транспортных средств»

2003 г.), проводимой Московским авиационным институтом (государственным техническим университетом), а также научно - исследовательских работ

Разработка и изготовление опытного образца системы импульсного регулирования тяговых двигателей для нового электропоезда пригородного сообщения» (2002 г.) и

Разработка и внедрение эффективных систем повышения безопасности движения 5 поезда, в том числе внедрение системы импульсного регулирования тягового привода электропоезда постоянного тока, включая оптимизацию управлением поезда» {2002 г.), проводимых по заказу Министерства путей сообщения РФ.

Цель диссертационной работы - разработка принципов построения, методов проектирования, средств технической реализации и повышение технико-экономических показателей бортовых высоковольтных электротехнических комплексов электропоездов и электровозов постоянного тока.

Для достижения указанной цели решены следующие задачи:

1. Анализ существующих и перспективных принципов построения тяговых высоковольтных электротехнических комплексов железнодорожного транспорта;

2. Обоснованию технических требований к силовому полупроводниковому ключу высоковольтного тягового преобразователя;

3. Определению принципов построения высоковольтного электротехнического комплекса для электропоездов постоянного тока с учетом обеспечения благоприятных условий функционирования силовых полупроводниковых приборов;

4. Выбор специализированной программы компьютерного моделирования рабочих процессов при совместном функционировании электронных и электромеханических устройств в электротехническом комплексе и разработка компьютерных моделей в среде выбранного пакета прикладных программ.

5. Компьютерное моделирование и анализ рабочих процессов в разработанном высоковольтном электротехническом комплексе;

6. Разработка обобщенного алгоритма проектирования предложенного бортового высоковольтного электротехнического комплекса;

7. Экспериментальная проверка на макетных и промышленных образцах, полученных расчетно-теоретических положений и результатов компьютерного моделирования.

Методы исследования. При решении поставленных задач в диссертационной работе использованы общепринятые в электротехнике и теории электрических цепей аналитические методы и современные средства компьютерного моделирования с применением специализированного пакета прикладных программ СА8РОС. 6

Достоверность теоретических положений, полученных результатов компьютерного моделирования подтверждена экспериментальными исследованиями на макетных и опытно - промышленных образцах, разработанного высоковольтного электротехнического комплекса для концептуального электропоезда серии ЭМ2И. Весь комплекс теоретических исследований, при участии автора, был проверен на специально разработанном высоковольтном стенде кафедры «Электроэнергетические и электромеханические системы» Московского авиационного института, на штатном испытательном стенде предприятия ЗАО «Спецремонт» (г. Мытищи) и в «Испытательном центре железнодорожной техники» ВНИИЖТ МПС РФ (г. Щербинка).

Научная новизна:

• получены математические описания электромагнитных процессов и расчетные выражения для бортового высоковольтного электротехнического комплекса с полупроводниковым статическим преобразователем при различных способах регулирования скорости коллекторного двигателя;

• предложена структуризация совокупности ограничений (по максимальным пиковым значениям, максимальным длительным значениям, средним значениям мгновенного тока и напряжения, скоростями нарастания мгновенного тока и напряжения, длительности электромагнитного процесса) и алгоритм снижения потерь энергии при обеспечении благоприятных условий функционирования полупроводниковых приборов в установившихся, переходных и аварийных режимах работы высоковольтного электротехнического комплекса;

• разработаны и адаптированы к пакету программ визуального моделирования САБРОС компьютерные модели основных составляющих частей бортового электротехнического комплекса, включая высоковольтный импульсный регулятор, тяговый коллекторный двигатель, имитаторы механических нагрузок, трехфазный инвертор напряжения, трехфазный асинхронный двигатель и т. п.;

• предложены обобщенные критерии сравнения электрических параметров и качественных свойств высоковольтных полупроводниковых ключевых приборов различного типа;

• выявлены зависимости параметров рабочих процессов и потерь электрической энергии в разработанных снабберных и кламперных цепях при различных значениях входного высоковольтного напряжения, уровня нагрузки и параметров элементов разработанных цепей защиты.

Практическая ценность работы:

• разработаны новые схемотехнические решения построения бортового высоковольтного электротехнического комплекса, подтвержденные патентами РФ на изобретение и обеспечивающие повышение технико - экономических показателей электропоездов постоянного тока;

• предложены компьютерные модели высоковольтного импульсного регулятора, тягового коллекторного двигателя, имитаторов механических нагрузок, трехфазного инвертора напряжения, асинхронного двигателя и т. п., позволяющие проводить совместное моделирование рабочих процессов в статических преобразователях и электромеханических устройствах бортового электротехнического комплекса при разомкнутых и замкнутых системах управления;

• выработан алгоритм проектирования элементов снабберных и кламперных защитных цепей высоковольтного импульсного регулятора напряжения, обеспечивающий при заданных ограничениях минимальные потери электрической энергии;

• разработан и изготовлен специализированный высоковольтный испытательный стенд, обеспечивающий проведение экспериментальных исследований высоковольтных тяговых импульсных регуляторов в диапазоне изменения входного напряжения питания от 100 до 5000 В;

• созданы и испытаны макетные и опытно - промышленные образцы разработанного высоковольтного электротехнического комплекса применительно к концептуальному электропоезду серии ЭМ2И, которые успешно прошли лабораторные, квалификационные и эксплуатационные испытания.

Социальная значимость работы. Социально-экономический эффект диссертационной работы заключается в создании новых высококвалифицированных рабочих мест и в повышении технического уровня работников железнодорожного транспорта. По существу, внедрение разработанных бортовых электротехнических комплексов на базе высоковольтных тиристоров, представляет собой не просто модернизацию электропоездов, но и подразумевает процесс обучения персонала депо в соответствии с современными мировыми достижениями науки, техники и технологии.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы легли в основу серийного выпуска первых отечественных электротехнических комплексов с IGCT тиристорами для электропоездов постоянного тока ( акты внедрения в Приложение 1). В течение 2002 г. в полном объеме проведена разработка, подготовлен комплект конструкторской и эксплуатационной документации, и осуществлено опытно - промышленное освоение бортовых высоковольтных электротехнических комплексов на предприятии ЗАО «Спецремонт».

В настоящее время, разработанные электротехнические комплексы установлены на 4 электропоездах серии ЭМ2И. Которые с 2003 г. успешно эксплуатируются в депо «Домодедово». В конце 2004 г. объем выпуска высоковольтных электротехнических комплексов достигнет 5 шт. в месяц.

Проведенный экономическим отделом ЗАО «Спецремонт» совместно со специалистами Московской железной дороги анализ показывает, что внедрение разработанного высоковольтного электротехнического комплекса по сравнению существующим оборудованием обеспечивает снижение эксплуатационных расходов, более чем на 3 0 % . Это достигается благодаря снижению затрат на электрическую энергию и уменьшением расходов, связанных с обслуживанием, текущим и капитальным ремонтом высоковольтных контакторов, быстродействующего выключателя, реостатного контролера и т. п. Фактический экономический эффект, за счет снижения эксплуатационных расходов, составляет 1.81 млн. руб. в год. Ожидаемый эффект от планируемого внедрения высоковольтных электротехнических комплексов к 2005 г. составит 21.7 млн. руб. Окупаемость серийного выпуска высоковольтных электротехнических комплексов при расчете в прогнозных ценах достигается на четвертом году.

Полученные в ходе выполнения диссертационной работы теоретические и практические результаты легли в основу проектирования высоковольтных электротехнических комплексов с IGCT тиристорами для скоростного электропоезда серии ЭМ6 и электровоза постоянного тока в соответствии с «Федеральной целевой программой по разработке и производству пассажирского подвижного состава нового поколения». Завершение данных разработок высоковольтных электротехнических комплексов запланировано на четвертый квартал 2005 г.

Следует отметить широкое внедрение разработанного трехфазного инвертора напряжения, входящего в состав бортового высоковольтного электротехнического комплекса. Помимо использования в составе электрооборудования концептуального электропоезда ЭМ2И данные инверторы применяются для питания асинхронных двигателей вспомогательных компрессоров на электропоездах серии ЭР2, ЭМ2 и ЭМ4 «Спутник». В настоящее время свыше 100 шт. трехфазных инверторов успешно эксплуатируются в депо «Апрелевка», «Пушкино», «Домодедово» и «Москва 2».

Апробация работы. Полученные теоретические положения и результаты компьютерного моделирования апробированы на 3 международных научно-технических симпозиумах («Power Conversion, PCIM-2001»/ Nuremberg, Germany, 2001 г., «Power Conversion, PCIM-2002»/ Nuremberg, Germany, 2002 г., «ЕРЕ'2003» /Toulouse, France, 2003 г.) и 5 отечественных научно-технических конференциях.

Публикации. Основные материалы диссертационной работы опубликованы в 19 печатных работах, в том числе 3 патентах и 2 заявках на патент РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемых источников и трех приложений. Основная часть диссертации содержит 191 страницу машинописного текста, включая 86 рисунков и 14 таблиц. Список литературы включает 111 наименований, в том числе 36 на иностранных языках. Приложения имеют объем 12 страниц. Общий объем диссертационной работы составляет 204 страницы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Предложенная структуризация совокупности ограничений (по максимальным пиковым значениям, максимальным длительным значениям, средним значениям мгновенного тока и напряжения, скоростям нарастания мгновенного тока и напряжения, длительностью электромагнитного процесса и т.п.) объединяет допустимые параметры различных полупроводниковых приборов и требования по надежному функционированию всего электротехнического комплекса в условиях штатной и аварийной работы. Это позволяет разрабатывать алгоритмы расчета и выбора параметров пассивных элементов силовой схемы с низкими потерями электрической энергии при обеспечении благоприятных условий функционирования силовых полупроводниковых ключевых приборов.

2. Разработанный обобщенный алгоритм расчета и выбора параметров кламперных и снабберных защитных цепей при заданных ограничениях и требованиях позволяет снизить потери энергии в элементах пассивной защиты. Его использование в разработке высоковольтного электротехнического комплекса для концептуального электропоезда ЭМ2И обеспечило снижение потерь мощности в защитных цепях импульсного регулятора напряжения тяговых двигателей на 27 %.

3. Предложенные обобщенные критерии сравнения электрических параметров и качественных свойств полупроводниковых ключевых приборов показывают, что на современном этапе технического развития применительно к высоковольтным электротехническим комплексам для российского железнодорожного транспорта целесообразно использовать высоковольтные IGCT тиристоры. Они имеют сравнительно лучшие динамические (малые значения времени выключения и потерь электрической энергии на выключение) и особенно статические (малое падение напряжения на открытом приборе) показатели.

4. При исследовании и анализе рабочих процессов силовой схемы высоковольтного электротехнического комплекса, включающего устройства с различными постоянными времени (электронные схемы управления, статические преобразователи, электрические двигатели, механические нагрузки и т. п.), рационально применять пакет прикладных программ визуального моделирования CASPOC, который за счет мультиуровневой среды сочетает возможности алгоритмического, блочно-диаграммного и системного моделирования.

Сравнительный анализ результатов компьютерного моделирования электротехнического комплекса, содержащего трехфазный инвертор или конвертор, асинхронный или коллекторный двигатель, показывает, что затраты машинного времени при использовании CASPOC в 3 -7 раз меньше по сравнению с конкурентным пакетом прикладных программ Design Center. При этом в некоторых режимах работы или при отдельных сочетаниях параметров сходимость вычислений в Design Center достичь практически невозможно.

5. Разработанные в среде прикладных программ CASPOC компьютерные модели высоковольтного импульсного регулятора, тягового коллекторного двигателя, имитаторов механических нагрузок, трехфазного инвертора напряжения, асинхронного двигателя и т. п., с одной стороны, имеют хорошую адекватность получаемых теоретических результатов с экспериментальными данными, а с другой стороны обладают высокой устойчивостью к различным изменениям параметров и топологии силовой схемы электротехнического комплекса.

6. Сравнительный анализ проведенных теоретических и экспериментальных исследований рабочих процессов на опытных образцах разработанного высоковольтного электротехнического комплекса для железнодорожного транспорта показывает, что основные результаты полученных расчетных выражений и компьютерного моделирования в программной среде CASPOC совпадают с экспериментальными данными с погрешностью не более 3. 7 %.

7. Анализ моделирования рабочих процессов в электротехническом комплексе с асинхронным приводом подтверждает, что использование предложенного нелинейного закона регулирования с ненулевыми значениями начальной частоты и действующего выходного напряжения трехфазного инвертора позволяет избежать провалов в динамической характеристике электромагнитного момента асинхронного двигателя. В частности, выявлено, что в асинхронном приводе мотор - компрессора электропоездов серии ЭР2, ЭМ2 и ЭМ4 при начальных 10 % значениях от номинальных практически неизменным, и сохраняются коэффициент мощности и величина скольжения асинхронного двигателя.

8. Полученные расчетные и компьютерные модели, аналитические выражения, установленные характерные закономерности и зависимости рабочих процессов легли в основу успешной и сравнительно быстрой (в течение одного года) разработки и опытно - промышленного освоения первых отечественных высоковольтных электротехнических комплексов с использованием силовых IGCT тиристоров для железнодорожного транспорта. В составе концептуального электропоезда ЭМ2И данные электротехнические комплексы в 2003 г. полностью прошли квалификационные испытания на Экспериментальном кольце Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта Министерства путей сообщения Российской Федерации. Межведомственная комиссия от 23 января 2003 г. рассматриваемой разработке бортового высоковольтного электротехнического комплекса в составе концептуального электропоезда серии ЭМ2И присвоила литер 01.

9. По состоянию на первый квартал 2004 г. на предприятии ЗАО «Спецремонт» серийно изготовлено свыше 20 шт. высоковольтных электротехнических комплексов для концептуальных электропоездов серии ЭМ2И, которые успешно эксплуатируются в депо «Домодедово» Московской железной дороги, что позволяет снизить на 37.43 % эксплуатационные расходы на текущее обслуживание и плановый ремонт. По сравнению с существующими высоковольтными электротехническими комплексами, которые применяются на серийно выпускаемых электропоездах серии ЭД4, снижение расхода электрической энергии на электропоезде серии ЭМ2И составляет 17.25 %

10. Окупаемость серийного выпуска разработанных высоковольтных электротехнических комплексов в составе электропоезда серии ЭМ2И при расчете в прогнозных ценах достигается на четвертом году. Фактический экономический эффект за счет снижения эксплуатационных расходов составляет 1.81 млн. руб. в год. Ожидаемый эффект от планируемого внедрения высоковольтных электротехнических комплексов к концу 2005 г. составит 21.7 млн. руб.

11. Подтвержденные квалификационными, сертификационными и эксплуатационными испытаниями полученные теоретические положения и результаты рассматриваемой диссертации обусловили начало проектирования бортовых высоковольтных электротехнических комплексов с IGCT тиристорами для скоростного электропоезда серии ЭМ6 и пассажирского электровоза постоянного тока нового поколения. Завершение данных разработок высоковольтных электротехнических комплексов запланировано на четвертый квартал 2005 г.

1. Wasynczuk О., Krause Р. С., Biess J. J., Kapustka R. Steady state and dynamic characteristics of a 20 kHz spacecraft power system. - IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 44, 1997. - pp. 471-476.

2. Volsky S. I., Uan-Zo-li А. В./ Future spacecraft power system high-frequency oscillatory converter// Proceedings of International aerospace congress (IAS-94)/ -Moscow, 1994.-pp. 2.414-2.416.

3. Anderson P. M. Power distribution study for 10 100 kW base load space power systems. - IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 30, 1997. - pp. 471476.

4. Костырев M. Л., Галимова A. A J Выбор частоты комбинированных автономных систем электроснабжения космических летательных аппаратов// Электротехнические комплексы автономных объектов М.: МЭИ, 1999. - с. 25-26.

5. Розенфельд В. Е., Исаев И. П., Сидоров Н. Н., Озеров М. И. Теория электрической тяги. М.: Транспорт, 1995 - 294 с.

6. Петров Б. П. Плавное автоматическое управление тяговыми электродвигателями подвижного состава постоянного тока. М.: МЭИ, 1982. - 87 с.

7. Ранькис И. Я. Оптимизация параметров тиристорных систем импульсного регулирования тягового электропривода. Рига: Зинатне, 1985. - 183 с.

8. Электропоезда постоянного тока с импульсными преобразователями./ Под редакцией Розенфельда В. Е. М.: Транспорт, 1976. - 240 с.

9. Амелин В. М., Иньков Ю. М., Озеров М. И., Ротанов В. Н., Чекмарев А. Е., Шур Я. И., Шур С. Я. Система остановочного электрического торможения электропоезда постоянного тока Наука - производству, №5 (18), 1999. - с. 19-22.

10. Тулупов В. Д, Ляпунов Н. Д. Эффективность независимого возбуждения тяговых машин вагонов метрополитена. Железнодорожный транспорт, №3, 1980. -с.60-64.

11. Осипов С.И., Осипов С.С. Основы тяги поездов. М.: УМК МПС России, 2001.-587 с.

12. Скибинский В. А., Карасев С. И., Брискман Я. А. Электрооборудование «Пульс» новых вагонов. Локомотив, №3, 1998 г. - с. 32-33.

13. Специальные электрические машины/ Под редакцией А. И. Бертинова -М.: Энергоиздат, 1982. 552 с.

14. Бурков А. Т. Электронная техника и преобразователи. М.: Транспорт, 2001.-464 с.

15. Макдональд Т, Видмар С. Сравнение характеристик IGBT при использовании в составе изделий Изд. Вузов Электротехника, №3, 1998. - с. 63-64.

16. Силовые IGBT модули. Материалы по применению. М.: ДОДЭКА, 1997.- 157 с.

17. Brunner Н., Hierholzer М., Laska Т., Porst A., Spanke R./ 3300 V IGBT module for traction application// Proceedings of European Power Electronics and Applications (EPE'97) Trondheim, Norway, 1997. - pp 1056-1059.

18. Phase control thyristors. ABB Semiconductors AG. Lensburg, Switzelend, 2001.-150 p.

19. Martin F. Leistungelectronik. Semikron innovation + service. Nuremberg, Germany, 1998.-917 c.

20. Lyons J. P., Vlatkovic V., Espelage P. M., Boettner F. H., Larsen E./ Innovation IGCT main drives// Proceedings of IEEE Industry applications society (IEEE IAS 2001)- Chicago, USA, 2001.

21. Gate turn-off thyristors, gate-commutated thyristors, fat recovery diodes. ABB Semiconductors AG. Lensburg, Switzelend, 2002. - 168 p.

22. Mallwits R., Seidelmann H., Spanke R., Pfaffenlehner M.,Mauder A./ New 1700 V high power trench IGBT modules with rated current up to 3600 A// Proceedings of Power Electronics 2002 (PCIM 2002) Nuremberg, Germany, 2002. - pp. 17-22.

23. Галамов В. И., Шершнев Ю. А., Геревич М. К. Современные мощные полупроводниковые приборы и их функциональные особенности Электротехника, №3, 1998.-с. 48-52.

24. Power Electronics. Semikron innovation + service. Nuremberg, Germany, 2001.-272 c.

25. Лещев А. И., Никонов В. В., Солтус К. П., Суслова К. Н./ Практические рекомендации по применению IGBT транзисторов// Электровозостроение -Новочеркасск: ВЭЛ НИИ, т. 41, 1999. с. 178-188.

26. Power devices. General catalogue Mitsubishi Electric 2003. - 117 p.

27. Power Semiconductors. Short form catalog Eupec? 2003. - 106 p.

28. Солтус К. П./ Перспективы применения IGBT транзисторов на электроподвижном составе// Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта и роль молодых ученых в их решениях - Ростов на Дону: РГУПС, 1998. -с. 79-80.

29. Carroll Е., Klaka S., binder S./ Integrate Gate Commuted thyristorsA a new approach to high power electronics.// IGCT Press conference - IEMDC, Milwaukee, 19997.-pp. 1-12.

30. Активная и пассивная элементная база для силовой электроники: Материалы семинара фирм Simens AG, Matsushita Components GmbH, Eupec GmbH. M.: TOO ИНТЕХ, 1995. - 143 c.

31. Apeldoorn O., Steimer P., Streit P., Carroll E., Weber A./ The integrated -Gate Dual Transistor// Proceedings of Power Electronics 2002 (PCIM 2002) Nuremberg, Germany, 2002. - pp. 1-5.

32. Yuxin Li, Alex Q. Huang, Kevin Motto. Experimental and numerical study of the emitter turn-off thyristor (ETO) IEEE Transactions on power electronics, vol. 15, 2000.

33. Marquardt R., Bakran M., Sommer R., Teigelkotter J./ Application of high voltage IGBT and GTO in traction converters// Proceedings of ETC Fachbericht Berlin, Germany, 1998. - pp. 273-286.

34. Вольский С. И. Высоковольтный преобразователь для электропоездов пригородного сообщения. Электроника: Наука. Технология. Бизнес, №5, 1999. - с. 42-45.

35. Чу ев Д. В./ Вопросы создания надежных высоковольтных тиристорных преобразователей резонансного типа// Радиоэлектроника и электротехника в народном хозяйстве М.: МЭИ, 1999. - с. 54-55.

36. Bernet S. Recent development of high power converters for traction application. IEEE transations power electronics, vol. 15, 2000. - pp. 1102-1123.

37. Вольский С. И., Чуев В. И., Чуев Д. В./ Преобразователь постоянного напряжения// Патент РФ №.№2155427 от 04.12.1998.

38. Чуев В. И., Вольский С. И. Статический тиристорный преобразователь ТП-13,5 У1 для электропитания вспомогательных потребителей электропоезда типа ЭР2. Железнодорожный транспорт. Серия: Локомотивы и локомотивное хозяйство, выпуск 4, 1998. - с. 1-11.

39. Вольский С. И., Чуев В. И., Чуев Д. В./ Преобразователь постоянного напряжения// Патент РФ №2131638 от 10.06.1998.

40. Chuev D. V., Volsky S. I., Butenko P. V., Lamanov A. V./ Voltage regulator module for the traction application// Proceedings of Power Conversion 2002 (PCIM 2002) Nuremberg, Germany, 2002.

41. Чуев Д. В., Вольский С. И./ Электропривод постоянного тока// Заявка на изобретение №203123726 от 31.07.2003.

42. Чуев Д. В., Вольский С. И., Бочаров В. В./ Устройство для регулирования скорости тягового электропривода// Заявка на изобретение №203123727 от 31.07.2003.

43. McMurray W. Selection of snubbers and clamps to optimize the design of transistor switching converters. IEEE Transaction on Industry Applications, 1980, vol. IA-16, №.4. - pp. 513-523.

44. Вольский С. И./ Пути снижения потерь электрической энергии в высоковольтных вторичных источниках питания// Электротехнические комплексы автономных объектов. М.: МЭИ, 1999. - с. 71-72.

45. Chuev D. V./ A design of defence circuits of high voltage IGCT converters -Reprint from Power Conversion 2000 (PCIM 2000), Nuremberg, Germany, 2000. - p. 9.

46. Chuev D. V., Volsky S. I., Butenko P. V., Lamanov A. V., Ernst R./ Development of the energy efficient defence circuits for traction high-voltage converter// Proceedings of Power Conversion 2001 (PCIM 2001) Nuremberg, Germany, 2001.

47. Swanepoel P. H., van Wyk J. D. Analysis and optimisation of regenerative linear snubbers. IEEE Transactions on Power Electronics, №4, 1994. - pp. 433-442.

48. McMurray W. Efficient snubbers for voltage source GTO inverters. - IEEE Trasactions on Power Electronics, №2, 1987. - pp. 264 - 272.

49. Ben-Yaakov S., Ivensky G. Passive lossless snubbers for high frequency PWM converters. IEEE PESC, 1997.-pp. 191-198.

50. Edelmoser К. H., Erhartt L. L., Zach F. C. Snubber circuits for power switches in haft-bridge configuration. Power electronic systems, №7/8, 1999. - pp. 54-59.

51. Tseng C.-J., Chen C.-L. Passive lossless snubbers for DC/DC converters. -IEEE APEC, 1998.-pp. 1049-1054.

52. Volsky S. I., Lomonova E. A., Uan-Zo-li А. В., Butenko P. V./ The energy efficient deference circuits of the commuter train converters// Proceedings of European Power Electronics and Applications (EPE'97) Trondheim, Norway, 1997. - pp. 4.2624.267.

53. Lee C. W., Park S. B. Design of a thyristor snabber circuit. IEEE Transactions on powre electronick, v. 3, №4,1988. - pp. 440-446.

54. Архангельский А. Я. Object Pascal в Delphi-5. M.: Бином, 1999. - 224 с.

55. Herniter Marc E. Schematic capture with MicroSim Pspice. A Simon & Schuster Company Englewood Cliffs, New Jersey, 1996. - 370 p.

56. Разевиг В. Д. Система проектирования цифровых устройств OrCAD. -М.: Солон-Р, 2000. 160 с.

57. Разевиг В. Д. Система сквозного проектирования электронных устройств DesignLab 8.0. М.: СК Пресс, 2003. - 698 с.

58. Дьяконов В. П. Система MathCAD. М.: Радио и связь, 1993.

59. Разевиг В. Д. Система схемотехнического проектирования Micro-Cap 6. -М.: Горячая линия Телеком, 2001. 344 с.

60. Cheung R. W.-Y., Lavers J. D. A basis transformed state space formulation for the computer aided design of power electronic circuits and systems. IEEE CH2499-2/87/000-0946,1987 - pp. 946-953.

61. Duijsen P. J. CASPOC 2001 (A simulation odyssey). Alphen, The Netherlands, 2001. - 235 p.

62. Дьяконов В. П. Simulink 4. Специальный справочник. С. Пб.: Питер, 2001.-528 с.

63. Постников В. А., Вольский С. И., Савенко Е. Ю., Уан-Зо-ли А. Б. Математическое моделирование динамических процессов в электроэнергетических и электромеханических системах J1A М.: МАИ, 1997. - 84 с.

64. Volsky S. I., Lomonova Е. A., Chuev D. V., Ruminchev М. J./ Design of the mechatronic system with linear motor// Proceedings of Power Conversion 2001 (PCIM 2001) Nuremberg, Germany, 2001. - pp. 386-393.

65. Bauer P., Duijsen P. J. Modeling and simulation for power electronics and electrical drives. Smekal, Kosice, Slovak Rebablic, 2001. - 98 p.

66. Franz G. A. Multilevel simulation tools for power converters. IEEE APEC CH2853-0/90/0000-0629,1990.

67. Duijsen P. J. CASPOC 2003 (A simulation experience). Alphen, The Netherlands, 2003. - 247 p.

68. Фидлер Дж. К., Найтингейл К. Машинное проектирование электронных схем. М.: Высшая школа, 1985.

69. Вольский С. И., Бутенко П. В., Ломонова Е. А., Постников В. А. Компьютерное моделирование электроэнергетических и электромеханических систем постоянного тока с использованием пакета прикладных программ Design Center. М.: МАИ, 1998. - 88 с.

70. Вольский С. И., Сыроежкин Е. В., Чуев Д. В. CASPOC. Практическое руководство. М.: ФПО НТТ, 2003. - 71 с.

71. Duijsen P. J. Methods for modeling and simulation of power electronics and drives. Reprint from Power Conversion 1996 (PCIM 96), Nuremberg, Germany, 1996. -p. 16.

72. Постников В. А., Вольский С. И., Сыроежкин Е. В. Компьютерное моделирование электроэнергетических и электромеханических систем переменного тока с использованием пакета прикладных программ Design Center. М.: МАИ, 2000. - 88 с.

73. Вольский С. И., Сыроежкин Е. В., Чуев Д. В. CASPOC. Библиотека элементов и макросов. М.: ФПО НТТ, 2003. - 43 с.

74. Но C.-W., Ruehli А. Е., Brennan P. A. The modified nodal approach to network analysis. IEEE Transactions on Circuits and Systems, vol. CAS-22, No 6, 1975. - pp. 504509.

75. Горев А. А. Переходные процессы синхронной машины. Д.: Наука, 1985.-502 с.

76. Трещев И. И. Электромеханические процессы в машинах переменного тока. М.: Энергия, 1980. - 344 с.

77. Важное А. И. Переходные процессы в машинах переменного тока. Л.: Энергия, 1980.-256 с.

78. Плахтына Е. Г. Математическое моделирование электромашинно-вентильных систем. Львов: Вища школа, 1986. - 164 с.

79. Фильц Р. В. Математические основы электромеханических преобразователей. Киев: Наукова думка, 1979. - 208 с.

80. Копылов И. П. Математическое моделирование электрических машин. -М.: Высшая школа, 1987. 248 с.

81. Бут Д. А. Основы электромеханики. М.: МАИ, 1996. - 467 с.

82. Хенкок Н. Матричный анализ электрических машин. М.: Энергия, 1967.- 224 с.

83. Volsky S. I., Syroezhkin Е. V., Lamanov А. V., Chuev D. V., Ostrovsky А. V./ Traction induction drive for railway.// Proceedings of European Power Electronics and Applications (EPE'2003) Toulouse, France, 2003. - 71-79 p.

84. Чуев Д. В., Вольский С. И./ Трехфазный инвертор напряжения.// Перспективы и тенденции развития электротехнического оборудования для энергетики, транспорта, нефтяной и газовой промышленности М.: Интерэлектромаш, 2002. - с. 38-41.

85. Моин В. С. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М.: Энергоатомиздат, 1986 - 412 с.

86. Руденко В. С., Сенько В. И., Чиженко И. М. Преобразовательная техника.- Киев.: Вища школа, 1983. 340 с.

87. Kassakian J. G., Schlecht M. F., Verghese G. C. Principles of power electronics. Reading, MA: Addison - Wesley, 1991. - 370 p.

88. Мулен Э. Кооперативное принятие решений: Аксиомы и модели. М.: Мир, 1991.-213 с.

89. Айзерман М. А. Выбор вариантов: Основы теории. М.: Наука, 1990.

90. Маслов С. С./ К обоснованию многоуровневых процедур принятия проектных решений// Электротехнические комплексы автономных объектов. М.: МЭИ, 1999.-е. 29-30.

91. Лазарев И. А. Композиционное проектирование сложных агрегативных систем. М.: Радио и связь, 1986. - 256 с.

92. Джонс Дж. К. Методы проектирования. М.: Мир, 1986. - 326 с.

93. Вольский В. И., Лезина 3. М. Голосование в малых группах: Процедуры и методы сравнительного анализа. -М.: Наука. 1991. 197 с.

94. Бут Д. А., Марков А. Е./ Структурно-пространственная многокритериальная оптимизация автономных электроэнергетических систем и ее программная реализация// Электротехнические комплексы автономных объектов. -М.: МЭИ, 1999.-е. 9-10.

95. Чуев Д. В., Вольский С. И./ Электронная система управления как основа для создания надежного высоковольтного тиристорного преобразователя для нуждэлектропоезда пригородного сообщения типа ЭР2// Будущее авиации и космонавтики М.: МАИ, 1999. - с. 29-31.

96. Кадель В. И. Силовые электронные системы автономных объектов. М.: Радио и связь, 1990. - 254 с.

97. Забродин Ю. С. Промышленная электроника. М.: Высшая школа, 1982. - 496 с.

98. Чуев Д. В., Вольский С. И. Система диагностики в тиристорном преобразователе ТП-13.5 У1 электропоезда типа ЭР2. Железнодорожный транспорт. Серия: Локомотивы и локомотивное хозяйство, вып. 4, 1998. - с. 11-22.

99. Вольский С. И., Чуев В. И., Чуев Д. В./ Преобразователь постоянного напряжения// Патент РФ №2132108 от 10.06.1998.

100. Голубев П. В, Карпенко В. М., Коновалов М. Б. и др. Проектирование статических преобразователей. М.: Энергия, 1974. - 408 с.

101. Чуев Д. В./ Система диагностики статического преобразователя// Радиоэлектроника и электротехника в народном хозяйстве М.: МЭИ, 1998. - с. 5961.

102. Ламанов А. В., Белащенко М. Д., Вольский С. И., Чуев Д. В., Милованов В. К., Никитин В. В. Новый поезд России. М.:ФПО НТТ, 2002. - 73 с.

103. Назаров О. Н., Хомяков Б. И., Басов Ю. А. Предварительное заключение по результатам испытаний опытного образца концептуального электропоезда ЭМ2И для пригородного сообщения. М.: ГУП ВНИИЖТ, 2002. - 202 с.

104. Назаров О. Н., Хомяков Б. И., Басов Ю. А., Гомола Г. Г. Сводный протокол испытаний концептуального электропоезда ЭМ2И-001 в зимнем, переходных и аварийных режимах работы. М.: ГУП ВНИИЖТ, 2002. - 130 с.

105. Косов В. В., Лившиц В. Н., Шахназаров А. Г. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов. М.: Экономика, 2000.

106. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов.-М.: МПС, 31.03.94, № 7-12/47.