Study of the asynchronous traction drive's operating modes by computer simulation. Part 1: Problem formulation and computer model

• Autorzy: Kolpahchyan P. , Zarifyan A. Jr

Warianty tytułu

RU

Исследование режимов работы асинхронного тягового привода методами компьютерного моделирования часть 1 : постановка задачи и компьютерная модель

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

EN

In this paper, the problems arising from the design of electric locomotives with asynchronous traction drive (with three-phase AC induction motors) are considered as including the debugging of control algorithms. The electrical circuit provides the individual (by axle) control of traction motors. This allows realizing the operational disconnection/connection of one or more axles in the automatic mode, with account of actual load. In perspective, the evaluation of locomotive's energy efficiency at the realization of various control algorithms must be obtained. Another objective is to research the dynamic processes in various modes of the electric locomotive operation (start and acceleration, traction regime, coasting movement, wheel-slide protection, etc). To solve these problems, a complex computer model based on the representation of AC traction drive as controlled electromechanical system, is developed in Part 1. The description of methods applied in modeling of traction drive elements (traction motors, power converters, control systems), as well as of mechanical part and of "wheel-rail" contact, is given. The control system provides the individual control of the traction motors. Part 2 of the paper focuses on the results of dynamic processes modeling in various modes of electric locomotive operation.

RU

В настоящей статье, рассматриваются проблемы, возникающие при проектировании электровозов с асинхронным тяговым приводом (АТП), в том числе отладка алгоритмов управления. В электрической схеме предусмотрено индивидуальное (поосное) регулирование тяговых двигателей, что дает возможность оперативного отключения/подключения одной или нескольких осей в автоматическом режиме, с учетом реальной нагрузки. В перспективе, должна быть получена оценка энергетической эффективности электровоза при реализации различных алгоритмов управления. Другой целью исследования является изучение динамических процессов в различных режимах работы электровоза (трогание с места, тяга, выбег, подавление боксования и т.д.). Для решения указанных проблем, в части 1 разработана комплексная компьютерная модель, основанная на представлении АТП как управляемой электромеханической системы. Приводится описание методов, использованных при моделировании элементов тягового привода (тяговых двигателей, силовых преобразователей, систем управления), также как механической части и контакта «колесо-рельс». Система управления обеспечивает индивидуальное регулирование тяговых двигателей. В части 2 сосредоточены результаты моделирования динамических процессов в различных режимах работы электровоза.

Słowa kluczowe

PL

lokomotywa elektryczna; napęd trakcyjny asynchroniczny; modelowanie komputerowe procesów elektromechanicznych

EN

electric locomotive; asynchronous traction drive; computer modeling of electro-mechanical processes

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej
• Czasopismo: Transport Problems
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 10, z. 2
• Strony: 125--136
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Kolpahchyan P.

• Rostov State Transport University, 2, Rostovskogo Strelkovogo Polka Narodnogo Opolchenia sq., Rostov-on-Don, 344038, Russia

autor

Zarifyan A. Jr

• Rostov State Transport University, 2, Rostovskogo Strelkovogo Polka Narodnogo Opolchenia sq., Rostov-on-Don, 344038, Russia

Bibliografia

• 1. Bruno, F. & Coviello, N. & Dalla Chiara, B. & Di Paola, A. & Pagliero, P. & Viktorov, V. The energy consumption of train in operation: simulation, a methodology for the analysis and influence of the driving style. Ingegneria Ferroviaria. 2015. Vol. LXX. No. 4. P. 327-357.
• 2. Issenov, S.S. & Pyastolova I.А. Mathematical model of automatic control system for asynchronous multimotor drive. Elektronika ir Elektrotechnika. 2012. Vol. 18. No. 8. P. 9-12.
• 3. Zarifian, A. & Nikitenko, A. & Kolpahchyan, P. & Khomenko, B. Computer Modeling of Dynamic Processes in Complex Electromechanical Systems. In: Proceedings of 15th IMACS World Congress. Berlin, Germany, August 24-29, 1997. Application in Modelling and Simulation. 1997. Vol. 6. P. 281-286.
• 4. Bakhvalov, Yu. & Kolpahchyan, P. & Plokhov, E. & Yanov, V. & Zarifian, A. Mathematical Modelling of Electromechanical Processes in Electric Locomotive. In: Proceedings of 16th IMACS World Congress. Book of abstracts. Lausanne, Switzerland, August 21-25, 2000. P. 331.
• 5. Андрющенко, А. & Бабков, Ю. & Зарифьян, А. & Кашников, Г. & Колпахчьян П. & Перфильев, К. & Петров, П. & Янов, В. Асинхронный тяговый привод локомотивов. Москва: УМЦ ЖДТ. 2013. [In Russian: Andrushchenko, A. & et al. Locomotive’s asynchronous traction drive. Moscow: UMC ZhDT. 2013].
• 6. Bose, B. Modern power electronics and AC drives. Upper Saddle River: Prentice Hall PTR. 2002.
• 7. Zobory, I. & Benedek, T. & Gyoumlrik, A. & Szaboacute, A. Dynamic processes in the drive system of electric traction vehicles. Veh. Syst. Dyn. 1988. Vol. 17 (S1). P. 559-570.
• 8. Chari, M.V.K. & Silvester, P. Finite element analysis of magnetically saturated DC machines. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems. 1971. Vol. PAS-90. No. 5. P. 2362-2372.
• 9. Vukosavic, Slobodan N. Electrical machines. New York: Springer-Verlag. 2013.
• 10. Blaschke, F. The principle of field orientation applied to the new trans-vector closed-loop control system for rotating field machine. Siemens Rev. 1972. Vol. 93. P. 217-220.
• 11. Chiasson, J. Non linear controllers for induction motors. IFAC conference system structure and control. 1995.
• 12. Chiasson, J. Modeling and high-performance control of electrical machines. New York: Wiley. 2005.
• 13. Bedford, B.D. & Hoft, R.G. Principles of Inverter Circuits. Oxford: Wiley. 1964. Reprinted by Robert E. Krieger Publishing Company. Melbourne. 1985.
• 14. Giri, F. (ed.) AC electric motors control: advanced design techniques and applications. Oxford: Wiley. 2013.
• 15. Kreuzer, E. Generation of symbolic equations of motion of multibody systems. Computerized symbolic manipulations in mechanics. New York: Springer-Verlag, 1994. P. 1-67. Program package “Universal Mechanism” manuals. Available at: http://www.universalmechanism.com.
• 16. Kolpahchyan, P. & Pogorelov, D. Simulation of electric locomotives as mechatronic systems. In: EUROMECH 452. Colloquium on Advances in Simulation Techniques for Applied Dynamics. Abstracts. Halle (Saale), Germany, March 1-4, 2004. Martin-Luther-University Halle-Wittemberg. P. 19.
• 17. Андрющенко, A. Разработка экипажной части скоростного пассажирского электровоза с асинхронным тяговым приводом. Автореферат дисс. к.т.н. Ростов-на-Дону, РГУПС, 2013. [In Russian: Andryushchenko, A. Development of the high-speed passenger electric locomotive with asynchronous traction drive. Abstract of diss. Ph.D. Rostov-on-Don, RSTU 2013].
• 18. Kalker, J.J. Rolling contact phenomena: linear elasticity. Reports of the Department of Applied Mathematical Analysis. Report 00-09. Delft. 2000. Received 21.12.2013; accepted in revised form 02.06.2015