Поліпшення енергетичних характеристик чотириквадрантного перетворювача з широтно-імпульсною модуляцією

Автор(и)

  • Юрій Федорович Дубравін Державний університет інфраструктури та технологій, Україна https://orcid.org/0000-0001-9006-5198
  • Віктор Петрович Ткаченко Державний університет інфраструктури та технологій, Україна https://orcid.org/0000-0002-5513-2436
  • Марина Олегівна Морнева Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля, Україна https://orcid.org/0000-0002-2447-1339

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.283271

Ключові слова:

4QS-перетворювач, алгоритм управління перетворювачем, широтно-імпульсна модуляція, імітаційна модель, енергетичні характеристики, вищі гармоніки струму

Анотація

Досліджуються характеристики вхідного перетворювача енергії електричного локомотива з асинхронним тяговим електроприводом. Підвищено коефіцієнт корисної дії 4QS-перетворювача та знижено рівень гармонійних спотворень струму в системі живлення. Результатом досліджень стали пропозиції щодо удосконалення алгоритму керування вхідним перетворювачем енергії для покращення тягово-енергетичних показників електроприводу та зменшення емісії високочастотних гармонік в контактну мережу. Результати отримано на основі імітаційного моделювання системи «тяговий трансформатор – 4QS-перетворювач» на прикладі електровоза змінного струму ДС3 (Дніпро-Simens-3).

Моделювання роботи 4QS-перетворювача електровоза виконано для випадку максимального навантаження приводу в тяговому режимі. Досліджувались і порівнювались два варіанти алгоритму керування вхідним перетворювачем: базовий варіант електровоза ДС3 і модифікований варіант – запропонований авторами. З’ясовано, що у випадку базового варіанту алгоритму управління перетворювачем в певні проміжки часу створюються умови, коли в тяговому режимі відбувається розрядка конденсатора ланки постійної напруги на вторинну обмотку тягового трансформатора. Наслідком цього є зниження коефіцієнта ефективності перетворювача та погіршення коефіцієнта гармонійних спотворень випрямленої напруги. В модифікованому алгоритмі час розрядки конденсатора ланки постійної напруги на вторинну обмотку тягового трансформатора значно скорочується та підвищується коефіцієнт корисної дії 4QS-перетворювача

Біографії авторів

Юрій Федорович Дубравін, Державний університет інфраструктури та технологій

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електромеханіки і рухомого складу залізниць

Віктор Петрович Ткаченко, Державний університет інфраструктури та технологій

Доктор технічних наук, професор

Кафедра електромеханіки і рухомого складу залізниць

Марина Олегівна Морнева, Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електричної інженерії

Посилання

  1. Zhemerov, G., Plakhtii, O., Mashura, A. (2020). Efficiency Analysis of Charging Station for Electric Vehicles Using the Active Rectifier in Microgrid System. 2020 IEEE 4th International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS). doi: https://doi.org/10.1109/ieps51250.2020.9263182
  2. Plakhtii, O., Nerubatskyi, V., Karpenko, N., Hordiienko, D., Butova, O., Khoruzhevskyi, H. (2019). Research into energy characteristics of single-phase active four-quadrant rectifiers with the improved hysteresis modulation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (8 (101)), 36–44. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.179205
  3. He, L., Xiong, J., Ouyang, H., Zhang, P., Zhang, K. (2014). High-Performance Indirect Current Control Scheme for Railway Traction Four-Quadrant Converters. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 61 (12), 6645–6654. doi: https://doi.org/10.1109/tie.2014.2316240
  4. Divan, D., Kandula, R. P., Mauger, M. J. (2021). The Case for Soft Switching in Four-Quadrant Power Converters. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 9 (6), 6545–6560. doi: https://doi.org/10.1109/jestpe.2021.3112658
  5. Luo, F. L., Hong Ye, Rashid, M. H. (2000). Four quadrant operating Luo-converters. 2000 IEEE 31st Annual Power Electronics Specialists Conference. Conference Proceedings (Cat. No.00CH37018). doi: https://doi.org/10.1109/pesc.2000.879957
  6. Nerubatskyi, V., Plakhtii, O., Kotlyarov, V. (2019). Analysis of topologies of active four-quadrant rectifiers for implementing the INDUSTRY 4.0 principles in traffic power supply systems. International scientific journal «INDUSTRY 4.0», 4 (3), 106–109. Available at: https://stumejournals.com/journals/i4/2019/3/106
  7. Monteiro, V., Sousa, T. J. C., Couto, C., Seplveda, M. J., Fernandes, J. C. A., Afonso, J. L. (2018). A Novel Single-Phase Bidirectional Nine-Level Converter Employing Four Quadrant Switches. 2018 International Conference on Smart Energy Systems and Technologies (SEST). doi: https://doi.org/10.1109/sest.2018.8495740
  8. Zhang, C., Yu, S., Ge, X. (2019). A Stationary-Frame Current Vector Control Strategy for Single-Phase PWM Rectifier. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 68 (3), 2640–2651. doi: https://doi.org/10.1109/tvt.2019.2895290
  9. Xiao, X., Zhang, Y., Song, X., Yildirim, T., Zhang, F. (2018). Virtual Flux Direct Power Control for PWM Rectifiers Based on an Adaptive Sliding Mode Observer. IEEE Transactions on Industry Applications, 54 (5), 5196–5205. doi: https://doi.org/10.1109/tia.2018.2832122
  10. Lin, F., Wang, X., Yang, Z., Sun, H., Liu, W., Hao, R. et al. (2016). Analysis of electrical characteristics of the four-quadrant converter in high speed train considering pantograph-catenary arcing. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 231 (2), 185–197. doi: https://doi.org/10.1177/0954409715624725
  11. Goolak, S., Tkachenko, V., Sapronova, S., Lukoševičius, V., Keršys, R., Makaras, R. et al. (2022). Synthesis of the Current Controller of the Vector Control System for Asynchronous Traction Drive of Electric Locomotives. Energies, 15 (7), 2374. doi: https://doi.org/10.3390/en15072374
  12. Goolak, S., Tkachenko, V., Šťastniak, P., Sapronova, S., Liubarskyi, B. (2022). Analysis of Control Methods for the Traction Drive of an Alternating Current Electric Locomotive. Symmetry, 14 (1), 150. doi: https://doi.org/10.3390/sym14010150
  13. Shruti, K. K., Valsalan, T., Poorani, S. (2017). Single phase active front end rectifier system employed in three phase variable frequency drive. International Journal of Innovative Research in Electrical, Electronics, Instrumentation and Control Engineering, 5 (1), 121–129. Available at: https://ijireeice.com/wp-content/uploads/2017/05/IJIREEICE-nCORETech-16.pdf
  14. Gao, J., Chen, Z., Dai, L., Huang, S., Xu, W. (2022). Research on feedforward control of four-quadrant converter based on load current observer. Energy Reports, 8, 998–1008. doi: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.02.156
  15. Demydov, О., Liubarskyi, B., Domanskyi, V., Glebova, M., Iakunin, D., Tyshchenko, A. (2018). Determination of optimal parameters of the pulse width modulation of the 4qs transducer for electriс rolling stock. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (5 (95)), 29–38. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.143789
  16. Goolak, S., Liubarskyi, B., Sapronova, S., Tkachenko, V., Riabov, I., Glebova, M. (2021). Improving a model of the induction traction motor operation involving non-symmetric stator windings. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (8 (112)), 45–58. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.236825
  17. Dubravin, Y., Tkachenko, V. (2019). Research of the model of an active four-quadrand transmitter of ac main electric vehicle. Collection of Scientific Works of the State University of Infrastructure and Technologies Series “Transport Systems and Technologies,” 34, 155–174. doi: https://doi.org/10.32703/2617-9040-2019-34-1-13
Поліпшення енергетичних характеристик чотириквадрантного перетворювача з широтно-імпульсною модуляцією

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-06-30

Як цитувати

Дубравін, Ю. Ф., Ткаченко, В. П., & Морнева, М. О. (2023). Поліпшення енергетичних характеристик чотириквадрантного перетворювача з широтно-імпульсною модуляцією. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(5 (123), 24–32. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.283271

Номер

Том 3 № 5 (123) (2023): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Yury Dubravin, Viktor Tkachenko, Maryna Morneva

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.