Удосконалення моделі втрат потужності тягового двигуна пульсуючого струму електровоза

Автор(и)

  • Sergey Goolak Державний університет інфраструктури та технологій вул. Кирилівська, 9, м. Київ, Україна, 04071, Україна https://orcid.org/0000-0002-2294-5676
  • Svitlana Sapronova Державний університет інфраструктури та технологій вул. Кирилівська, 9, м. Київ, Україна, 04071, Україна https://orcid.org/0000-0002-1482-1665
  • Viktor Tkachenko Державний університет інфраструктури та технологій вул. Кирилівська, 9, м. Київ, Україна, 04071, Україна https://orcid.org/0000-0002-5513-2436
  • Ievgen Riabov Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0003-0753-514X
  • Yevhenii Batrak Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0003-3027-4507

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.218542

Ключові слова:

магнітні втрати, вихрові струми, гістерезис, тяговий двигун, універсальна магнітна характеристика

Анотація

При дослідженні перехідних процесів в тягових двигунах пульсуючого струму важливим є врахування вихрових та гістерезисних втрат в сталі двигуна. Магнітні втрати є функцією частоти перемагнічування, яка, в свою чергу, є функцією частоти обертання валу двигуна. Іншими словами – магнітні втрати є функцією часу. Існуючі методики розрахунку не дозволяють отримати миттєві значення магнітних втрат, а основані на визначенні середніх втрат за період.

Запропоновано удосконалену модель магнітних втрат в сталі тягового двигуна пульсуючого струму, як функції часу, на основі рівнянь питомих втрат.

Обґрунтовано критерії адекватності методики визначення магнітних втрат в електротехнічній сталі: можливість отримання миттєвих значень магнітних втрат в магнітному матеріалі, як функції часу; можливість застосування для будь-якого магнітного матеріалу; простота реалізації. Адаптовано методику для визначення магнітних втрат в сталі тягового двигуна пульсуючого струму шляхом врахування магнітних властивостей сталі та геометрії магнітного ланцюга двигуна. З метою визначення коерцитивної сили, коефіцієнту врахування втрат на вихрові струми та коефіцієнту врахування втрат на гістерезис апроксимовано паспортні характеристики питомих втрат в сталі на прикладі тягового двигуна пульсуючого струму. На імітаційній моделі магнітних втрат тягового двигуна пульсуючого струму продемонстровано методику визначення середніх магнітних втрат та часових діаграм магнітних втрат.

Запропонована модель визначення магнітних втрат може застосовуватись для будь-якого магнітного матеріалу і будь-якої геометрії двигуна при умові відомих властивостей матеріалу і характеристик зміни щільності магнітного потоку в геометрії

Біографії авторів

Sergey Goolak, Державний університет інфраструктури та технологій вул. Кирилівська, 9, м. Київ, Україна, 04071

Старший викладач

Кафедра тяговий рухомий склад залізниць

Svitlana Sapronova, Державний університет інфраструктури та технологій вул. Кирилівська, 9, м. Київ, Україна, 04071

Доктор технічних наук, професор

Кафедра вагонів та вагонного господарства

Viktor Tkachenko, Державний університет інфраструктури та технологій вул. Кирилівська, 9, м. Київ, Україна, 04071

Доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри

Кафедра тягового рухомого складу залізниць

Ievgen Riabov, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електричний транспорт та тепловозобудування

Yevhenii Batrak, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Кандидат технічних наук, старший викладач

Кафедра технічної кібернетики

Посилання

  1. Mikhailov, E., Sapronova, S., Tkachenko, Semenov, V., Smyrnova, I., Kholostenko, Y. (2019). Improved solution of guiding of railway vehicle in curves. Proceedings of 23rd International Scientific Conference. Transport Means 2019. Palanga, 916–921. Available at: https://transportmeans.ktu.edu/wp-content/uploads/sites/307/2018/02/Transport-means-2019-Part-2.pdf
  2. Sapronova, S., Tkachenko, V., Fomin, O., Hatchenko, V., Maliuk, S. (2017). Research on the safety factor against derailment of railway vehicless. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (7 (90)), 19–25. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.116194
  3. Goolak, S., Gubarevych, O., Yermolenko, E., Slobodyanyuk, M., Gorobchenko, O. (2020). Mathematical modeling of an induction motor for vehicles. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (2 (104)), 25–34. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.199559
  4. Goolak, S., Gerlici, J., Tkachenko, V., Sapronova, S., Lack, T., Kravchenko, K. (2019). Determination of Parameters of Asynchronous Electric Machines with Asymmetrical Windings of Electric Locomotives. Communications - Scientific Letters of the University of Zilina, 21 (2), 24–31. doi: https://doi.org/10.26552/com.c.2019.2.24-31
  5. Belkina, E. N., Zhukov, A. S. (2015). Analiz sposobov approksimatsii krivoy namagnichivaniya elektrotehnicheskoy stali. Innovatsionnaya nauka, 5, 22–27.
  6. Sandomirskii, S. G. (2016). Structural and phase sensitivity of the maximum differential magnetic susceptibility of steel. Russian Metallurgy (Metally), 2016 (7), 619–624. doi: https://doi.org/10.1134/s0036029516070144
  7. Chang, L., Jahns, T. M., Blissenbach, R. (2019). Generalized Dynamic Hysteresis Model for Improved Iron Loss Estimation of Complex Flux Waveforms. IEEE Transactions on Magnetics, 55 (7), 1–13. doi: https://doi.org/10.1109/tmag.2018.2889239
  8. Shi, P., Jin, K., Zhang, P., Xie, S., Chen, Z., Zheng, X. (2018). Quantitative Inversion of Stress and Crack in Ferromagnetic Materials Based on Metal Magnetic Memory Method. IEEE Transactions on Magnetics, 54 (10), 1–11. doi: https://doi.org/10.1109/tmag.2018.2856894
  9. Kachniarz, M., Szewczyk, R. (2017). Study on the Rayleigh Hysteresis Model and its Applicability in Modeling Magnetic Hysteresis Phenomenon in Ferromagnetic Materials. Acta Physica Polonica A, 131 (5), 1244–1250. doi: https://doi.org/10.12693/aphyspola.131.1244
  10. Meeker, D. C., Filatov, A. V., Maslen, E. H. (2004). Effect of Magnetic Hysteresis on Rotational Losses in Heteropolar Magnetic Bearings. IEEE Transactions on Magnetics, 40 (5), 3302–3307. doi: https://doi.org/10.1109/tmag.2004.831664
  11. De la Barriere, O., Ragusa, C., Appino, C., Fiorillo, F. (2019). Loss Prediction in DC-Biased Magnetic Sheets. IEEE Transactions on Magnetics, 55 (10), 1–14. doi: https://doi.org/10.1109/tmag.2019.2921000
  12. Fomin, O., Kulbovsky, I., Sorochinska, E., Sapronova, S., Bambura, O. (2017). Experimental confirmation of the theory of implementation of the coupled design of center girder of the hopper wagons for iron ore pellets. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (1 (89)), 11–18. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.109588
  13. Okorokov, A., Fomin, O., Lovska, A., Vernigora, R., Zhuravel, I., Fomin, V. (2018). Research into a possibility to prolong the time of operation of universal open top wagon bodies that have exhausted their standard resource. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (7 (93)), 20–26. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.131309
  14. Schauerte, B., Steentjes, S., Thul, A., Hameyer, K. (2019). Iron-loss model for arbitrary magnetization loci in NO electrical steel. International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics, 61, S89–S96. doi: https://doi.org/10.3233/jae-191599
  15. Ragusa, C., Zhao, H., Appino, C., Khan, M., de la Barriere, O., Fiorillo, F. (2016). Loss Decomposition in Non-Oriented Steel Sheets: The Role of the Classical Losses. IEEE Magnetics Letters, 7, 1–5. doi: https://doi.org/10.1109/lmag.2016.2604204
  16. Liu, R., Li, L. (2019). Calculation Method of Magnetic Material Losses Under DC Bias Using Statistical Loss Theory and Energetic Hysteresis Model. IEEE Transactions on Magnetics, 55 (10), 1–4. doi: https://doi.org/10.1109/tmag.2019.2921357
  17. Zhao, H., Ragusa, C., Appino, C., de la Barriere, O., Wang, Y., Fiorillo, F. (2019). Energy Losses in Soft Magnetic Materials Under Symmetric and Asymmetric Induction Waveforms. IEEE Transactions on Power Electronics, 34 (3), 2655–2665. doi: https://doi.org/10.1109/tpel.2018.2837657
  18. Barg, S., Ammous, K., Mejbri, H., Ammous, A. (2017). An Improved Empirical Formulation for Magnetic Core Losses Estimation Under Nonsinusoidal Induction. IEEE Transactions on Power Electronics, 32 (3), 2146–2154. doi: https://doi.org/10.1109/tpel.2016.2555359
  19. Yue, S., Yang, Q., Li, Y., Zhang, C. (2018). Core loss calculation for magnetic materials employed in SMPS under rectangular voltage excitations. AIP Advances, 8 (5), 056121. doi: https://doi.org/10.1063/1.5007201
  20. Gubarevych, O., Goolak, S., Gorobchenko, O., Skliarenko, I. (2020). Refined approach to the losses calculation of pulsating current traction engine. Technical sciences and technologies, 1 (19), 206–227. doi: https://doi.org/10.25140/2411-5363-2020-1(19)-206-227
  21. Raulin, V., Radun, A., Husain, I. (2004). Modeling of Losses in Switched Reluctance Machines. IEEE Transactions on Industry Applications, 40 (6), 1560–1569. doi: https://doi.org/10.1109/tia.2004.836225
  22. Eremin, G. N. (2017). Improved standards regarding electrical steel and precision alloys. Steel in Translation, 47 (2), 144–147. doi: https://doi.org/10.3103/s0967091217020048
  23. Tey, W. Y., Lee, K. M., Asako, Y., Tan, L. K., Arai, N. (2020). Multivariable power least squares method: Complementary tool for Response Surface Methodology. Ain Shams Engineering Journal, 11 (1), 161–169. doi: https://doi.org/10.1016/j.asej.2019.08.002
  24. Nekhaev, V. A., Nikolaev, V. A., Smalev, A. N., Vedruchenko, V. R. (2019). To the estimation of the locomotive power. Journal of Transsib Railway Studies, 3 (39), 14–31.
  25. Gorobchenko, O., Fomin, O., Fomin, V., Kovalenko, V. (2018). Study of the influence of electric transmission parameters on the efficiency of freight rolling stock of direct current. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (3 (91)), 60–67. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.121713
  26. Matyuk, V. F., Osipov, A. A. (2011). The mathematical models of the magnetization curve and the magnetic hysteresis loops. Part 1. Analysis of models. Nerazrushayushchiy kontrol' i diagnostika, 2, 3–35.
  27. Kulinich, Y. M., Shukharev, S. A., Drogolov, D. Y. (2019). Simulation of the pulsating current traction motor. Vestnik of the Railway Research Institute, 78 (5), 313–319. doi: https://doi.org/10.21780/2223-9731-2019-78-5-319
  28. Afanasov, A. M. (2014). Rational modes determination of traction motors loading-back for electric rolling stock in mainline and industrial transport. Science and Transport Progress. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport, 4 (52), 67–74. doi: https://doi.org/10.15802/stp2014/27322
  29. Harlamov, V. V. (2002). Metody i sredstva diagnostirovaniya tehnicheskogo sostoyaniya kollektorno-shchetochnogo uzla tyagovyh elektrodvigateley i drugih kollektornyh mashin postoyannogo toka. Omsk, 233.
  30. Zavalishin, N. N., Nikolaev, E. V. (2017). Resistance test modes of traction motors of rolling stock in different types of excitation. Fundamental'nye i prikladnye problemy tehniki i tehnologii, 1 (321), 139–145.
  31. Kopylov, I. P. (2018). Proektirovanie elektricheskih mashin. Ch. 2. Moscow: Yurayt, 276.
  32. Kim, K. K., Ivanov, S. N. (2016). The influence of limiting factors on electric machines electromagnetic power. Scholarly Notes of Komsomolsk-Na-Amure State Technical University, 1 (2 (26)), 4–8. doi: https://doi.org/10.17084/2016.ii-1(26).1

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-12-31

Як цитувати

Goolak, S., Sapronova, S., Tkachenko, V., Riabov, I., & Batrak, Y. (2020). Удосконалення моделі втрат потужності тягового двигуна пульсуючого струму електровоза. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(5 (108), 38–46. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.218542

Номер

Том 6 № 5 (108) (2020): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Sergey Goolak, Svitlana Sapronova, Viktor Tkachenko, Ievgen Riabov, Yevhenii Batrak

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.