Mathematical modeling of the overhead contact line for the purpose of diagnostics of pantographs

• Autorzy: Judek S. , Michna M. , Mizan M. , Karwowski K. , Wilk A. , Kaczmarek P.

Identyfikatory

DOI

10.4467/2353737XCT.16.038.5300

Warianty tytułu

PL

Modelowanie matematyczne górnej sieci trakcyjnej do potrzeb diagnostyki odbieraków prądu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The overhead contact line (OCL) is the most effective way for supplying railway electric vehicles. The increase of the speed of vehicles increases power consumption and requires ensuring proper cooperation of pantographs with OCL. The paper describes the novel mathematical model of the OCL system and the simulation results. The primary objective is a more accurate analysis to increase the reliability of the evaluation of monitoring and diagnostics. The model was based on the Lagrange energy method. The paper presents the structure of the model and equations describing it, as well as the results of some laboratory tests that were performed to determine the model parameters. The selected results of simulations concerning the effects of force impact on the contact wire were carried out using the created model. The prepared program can be used for creating computer tools, which will support designers of OCL.

PL

Sieć jezdna jest najbardziej efektywnym sposobem zasilania kolejowych pojazdów elektrycznych. Wzrost prędkości pojazdów zwiększa pobór mocy i wymaga zapewnienia właściwej współpracy odbieraków prądu z siecią jezdną. W artykule przedstawiono nowy model matematyczny sieci i wstępne wyniki symulacji. Głównym celem badań jest dokładniejsza analiza, zwiększająca wiarygodność oceny współpracy sieci z odbierakami prądu w celach monitoringu i diagnostyki. Model został oparty na metodzie energetycznej Lagrange’a. Przedstawiono strukturę modelu i równania go opisujące, a także wyniki niektórych pomiarów laboratoryjnych, które wykonano w celu określenia parametrów modelu. Wybrane wyniki symulacji dotyczące oddziaływania siły na przewód jezdny przeprowadzono w oparciu o utworzony model. Przygotowany program może być używany do tworzenia narzędzi informatycznych, które będą wspierać projektantów sieci trakcyjnych.

Słowa kluczowe

EN

electric traction; overhead catenary; mathematical modelling; energy method of Lagrange

PL

trakcja elektryczna; górna sieć trakcyjna; modelowanie matematyczne; metoda energetyczna Lagrange'a

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki
• Czasopismo: Czasopismo Techniczne. Elektrotechnika
• Rocznik: 2016
• Tom: Y. 113, iss. 1-E
• Strony: 79--89
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., wz., wykr.

Twórcy

autor

Judek S.

• Faculty of Electrical and Control Engineering, Gdańsk University of Technology

autor

Michna M.

• Faculty of Electrical and Control Engineering, Gdańsk University of Technology

autor

Mizan M.

• Faculty of Electrical and Control Engineering, Gdańsk University of Technology

autor

Karwowski K.

• Faculty of Electrical and Control Engineering, Gdańsk University of Technology

autor

Wilk A.

• Faculty of Electrical and Control Engineering, Gdańsk University of Technology

autor

Kaczmarek P.

• Main Engineer, PKP Energetyka – „Zakład Północny”, Gdańsk

Bibliografia

• [1] Alberto A., Benet J., Arias E., Cebrian D., Rojo T, Cuartero F., A high performance tool for the simulation of the dynamic pantograph–catenary interaction, Mathematics and Computers in Simulation, Vol. 3(79), Elsevier 2008, pp. 652–667.
• [2] Benet J., Cuartero N., Cuartero F., Rojo T., Tendero P., Arias E., An advanced 3D-model for the study and simulation of the pantograph catenary system, Transportation Research Part C 36, 2013, pp. 138–156.
• [3] Bruni S., Bucca G., Collina A., Facchinetti A., Numerical and Hardware-In-the-Loop Tools for the Design of Very High Speed Pantograph-Catenary Systems, J. Comput. Nonlinear Dynam., Vol. 7, No. 4, 2012.
• [4] Bucca G., Collina A., A procedure for the wear prediction of collector strip and contact wire in pantograph–catenary system, Wear, Vol. 266, No. 1–2, Jan. 2009, pp. 46–59.
• [5] Cho Y.H., Numerical simulation of the dynamic responses of railway overhead contact lines to a moving pantograph, considering a nonlinear dropper, Journal of Sound and Vibration, Vol. 315, No. 3, Aug. 2008, pp. 433–454.
• [6] Commission Decision of 23 July 2012 amending Decisions 2006/679/EC and 2006/860/EC concerning technical specifications for interoperability (notified under document C, 2012, 4984), 2012/464/EU.
• [7] EN 50318, 2003 Railway applications. Current collection systems. Validation of simulation of the dynamic interaction between pantograph and overhead contact line.
• [8] Hamey L.G.C., Watkins T., Yen S.W.T., Pancam, In-Service Inspection of Locomotive Pantographs, 9th Biennial Conference of the Australian Pattern Recognition Society on Digital Image Computing Techniques and Applications, 2007, pp. 493–499.
• [9] Huan R.H., Pan G.F., Zhu W.Q., Dynamics of Pantograph-Catenary System Considering Local Singularities of Contact Wire with Critical Wavelengths, Y.-Q. Ni and X.-W. Ye (Eds.), Proceedings of the 1st IWHIR, Vol. 1, LNEE 147, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2012, pp. 319–333.
• [10] Judek S., Jarzebowicz L., Algorithm for Automatic Wear Estimation of Railway Contact Strips Based on 3D Scanning Results, Proc. of 2014 International Conf. and Exposition on Electrical and Power Engineering, Iasi, 2014.
• [11] Kiessling F., Puschmann R., Schmieder A., Schneider E., Contact Lines for Electrical Railways, Planning – Design – Implementation – Maintenance, Wiley VCH, 2009.
• [12] Koc W., Wilk A., Dobrowolski P., Grulkowski S., Numerical analysis of the rail mechanics in the process of adjustment of track level. 5th International Conference Railway Engineering 2002, London 3–4 July 2002, p. 10.
• [13] Koc W., Wilk A., Investigations of methods to measure longitudinal forces in continuous welded rail tracks using the tamping machine, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F, Journal of Rail and Rapid Transit, Vol. 223, No. F1, 2009, pp. 61–73.
• [14] Mizan M., Karwowski K., Karkosiński D., Monitoring of current collectors under operating conditions on the railway line, “Przegląd Elektrotechniczny”, No. 12, 2013 (in Polish).
• [15] Szeląg A., The influence of the voltage in the 3kV DC traction network on the energy and traction parameters of supplied vehicles, The Institute of Scientific Publishing Spatium, Radom 2013 (in Polish).
• [16] Szeląg A., Maciołek T., A 3 kV DC electric traction system modernisation for increased speed and trains power demand – problems of analysis and synthesis, “Przegląd Elektrotechniczny”, No. 3a, 2013.
• [17] Tanarro, F., Fuerte, V., OHMS-real-time analysis of the pantograph-catenary interaction to reduce maintenance costs, RCM 2011, 5th IET Conference, 2011.