ПРИМЕНЕНИЕ ШУНТИРУЮЩЕГО РАЗРЯДНОГО ПЛЕЧА НА БАЗЕ ПОЛНОСТЬЮ УПРАВЛЯЕМЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ В СИЛОВОЙ СХЕМЕ ЭЛЕКТРОВОЗА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В РЕЖИМЕ РЕКУПЕРАТИВНОГО ТОРМОЖЕНИЯ

ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ

2020. № 4 (68). С. 166-175 Современные технологии. Системный анализ. Моделирование

DOI 10.26731/1813-9108.2020.4(68).166-175 УДК 629.423.1

Применение шунтирующего разрядного плеча на базе полностью управляемых полупроводниковых приборов в силовой схеме электровоза переменного тока в режиме рекуперативного торможения

И. А. БариновИ

Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, Российская Федерация И IgorAxBarinov@gmail.com

Резюме

В статье представлены результаты аналитико-математического исследования использования шунтирующего разрядного («девятого») плеча на базе современных полностью управляемых полупроводниковых приборов с целью оптимизации управления тиристорными плечами тяговых преобразователей и повышения энергетических показателей электровозов переменного тока. Разрядное плечо устанавливается в цепь выпрямленного тока силовой схемы параллельно катодной и анодной шинам преобразователя и выполняет функцию альтернативного контура протекания тока в обход тиристорных плеч, что позволяет осуществлять их оперативное выключение. Приводится описание технической проблемы, на решение которой направлен предлагаемый способ управления. Дается краткая историческая справка по изобретениям-предшественникам предлагаемого технического решения. Изложены достигнутые результаты, перечислены обусловленные техническими ограничениями недостатки изобретений. В работе описываются предлагаемый способ управления тиристорными плечами преобразователей с использованием разрядного плеча на IGBT-транзисторах, а также протекающие в силовой схеме электромагнитные процессы на примере аналитических диаграмм, приводится таблица управляющих импульсов нового алгоритма управления. Представлены результаты математического моделирования технического решения в комплексной модели системы «тяговая подстанция - контактная сеть - электровоз» в среде имитационного моделирования Matlab Simulink. Результаты моделирования позволяют сделать вывод о работоспособности предлагаемого способа управления и достижении существенного повышения коэффициента мощности электровоза в режиме рекуперативного торможения на всем диапазоне регулирования напряжения (скорости).

Ключевые слова

силовая электроника, электровоз переменного тока, выпрямительно-инверторный преобразователь, алгоритм управления, математическое моделирование, электромагнитные процессы, рекуперативное торможение, коэффициент мощности

Для цитирования

Баринов И.А. Применение шунтирующего разрядного плеча на базе полностью управляемых полупроводниковых приборов в силовой схеме электровоза переменного тока в режиме рекуперативного торможения / И.А. Баринов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2020. -№ 4 (68). - С. 166-175. - DOI: 10.26731/1813-9108.2020.4(68).166-175

Информация о статье

поступила в редакцию: 05.10.2020, поступила после рецензирования: 27.10.2020, принята к публикации: 07.11.2020

Application of a shunting discharge arm based on fully controllable semiconductor devices in an ac-wire dc-motor electric locomotive power circuit in a regenerative braking mode

I. A. BarinovS

Irkutsk State Transport University, Irkutsk, the Russian Federation И IgorAxBarinov@gmail.com

Abstract

The article presents results of analytical-and-mathematical research into application of a shunting discharge arm based on modern fully controllable semiconductor devices in order to optimize power converter thyristor arms control and AC locomotive electric energy efficiency increase. The discharge arm is installed into the power circuit's DC subcircuit in parallel with the cathode and anode buses of the converter and acts as an alternative current route, allowing one to implement a swift turn-off of thyristor arms at the end of their work cycle. The Introduction gives a description to the problem in question. The first section of the article offers a brief history reference citing predecessor engineering solutions reflected in domestic patent publications. Achieved results are listed, as well as drawbacks caused by objective technical limitations. The second section describes the suggested converter thyristor arms control method defined by application of an IGBT-based discharge arm, demonstrates electromagnetic processes occurring in the electric locomotive power circuit in a form of an analytical diagram and presents the complete chart of

control impulses for the new control algorithm. The third section visualizes results of mathematical simulation of the engineering solution in a comprehensive "traction substation - overhead line - electric locomotive" system in MATLAB Simulink environment. Simulation results support the conclusion of the full working capability of the suggested control method, as well as its achievement of significant increase in the locomotive's regenerative braking mode power factor within full range of voltage (i. e. speed) regulation.

Keywords

power electronics, AC-wire DC-motor electric locomotives, reversible power converters, control algorithms, mathematical simulation, electromagnetic processes, regenerative braking, power factor

For citation

Barinov I. A. Primenenie shuntiruyushchego razryadnogo plecha na baze polnost'yu upravlyaemykh poluprovodnikovykh pribo-rov v silovoi skheme elektrovoza peremennogo toka v rezhime rekuperativnogo tormozheniya [Application of a shunting discharge arm based on fully controllable semiconductor devices in an AC-wire DC-motor electric locomotive power circuit in a regenerative braking mode]. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie [Modern Technologies. System Analysis. Modeling], 2020, No. 4 (68), pp. 165-175. - DOI: 10.26731/1813-9108.2020.4(68).165-175

ORIGINAL PAPER

Modern technologies. System analysis. Modeling 2020. No. 4 (68). pp. 166-175

Article info

Received: 05.10.2020, Revised: 27.10.2020, Accepted: 07.11.2020 Введение

С началом выпуска отечественными электровозостроительными заводами первых электровозов с тиристорными преобразователями остается нерешенной проблема критически низкого коэффициента мощности (х, Км) этих локомотивов. Коэффициент мощности современного массово выпускаемого электровоза переменного тока Э5К (2, 3, 4ЭС5К) «Ермак» составляет не более 0,84 отн. ед. в режиме тяги и лишь 0,65 отн. ед. в режиме рекуперативного торможения [1-3]. Низкий показатель коэффициента х означает существенную генерацию реактивной энергии, которая дополнительно нагревает проводники и электротехнические устройства, загружает тяговую сеть, снижая ее пропускную способность, ухудшает качество сетевой электроэнергии в целом.

Данная проблема была проанализирована специалистами железнодорожного транспорта и получила однозначное заключение: низкий показатель х связан с несовершенством архитектуры силовых цепей электровоза, прежде всего, с тиристорными преобразователями. Ограниченная функциональность тиристоров, требующих закрытие через приложение обратного потенциала, обуславливает неэффективный алгоритм управления тиристорными плечами. Этот алгоритм вызывает фазовый сдвиг между кривыми тока и напряжения первичной обмотки тягового трансформатора, на интервале которого происходит генерация реактивной энергии.

В качестве примера приведены аналитические диаграммы напряжений и токов выпрямительно -инверторного преобразователя (ВИП) силовой схемы электровоза на середине 4 -й зоны регулирования напряжения в режиме рекуперативного торможения, наглядно демонстрирующие интервал нерациональных электромагнитных процессов на окончании каждого полупериода напряжения (рис. 1).

на 4-й зоне регулирования напряжения при рекуперации энергии: u1 - напряжение первичной обмотки тягового

трансформатора; uBHn - напряжение выпрямительно-инверторного преобразователя;

iVS1-iVS4, iVS7, iVS8 - токи плеч выпрямительно-инверторного преобразователя; i1 - ток первичной обмотки тягового трансформатора Fig. 1. Analytical diagrams of voltages and currents of a standard electric locomotive power circuit on the 4th voltage regulation zone during energy regeneration: u1 - voltage of traction transformer primary winding; uRPC - voltage of reversible power converter; iVS1-iVS4, iVS7, iVS8 - currents of arms of the reversible power converter; i1 - current of power transformer primary winding

2020. № 4 (68). С. 166-175 Современные технологии. Системный анализ. Моделирование

Поскольку тиристоры требуют соблюдения потенциальных условий для закрытия, принятый алгоритм управления преобразователями предполагает осуществление естественной коммутации между тири-сторными плечами. В этом случае каждая группа ти-ристорных плеч, ответственная за инвертирование напряжения иВИП на протяжении соответствующего полупериода, впоследствии переводится в закрытое состояние следующей группой плеч благодаря снижению прямого тока ниже величины тока удержания (1Н).

Проблема данного алгоритма управления заключается в том, что для обеспечения надежной взаимной коммутации тиристорных плеч необходимо, чтобы каждая следующая группа плеч вступала в работу до начала соответствующего этой группе полупериода напряжения, поскольку к отработавшим тиристорам для их уверенного закрытия требуется приложение обратного напряжения.

Это условие соблюдается за счет обеспечения угла опережения открытия тиристоров в, который, в свою очередь, включает в себя два коммутационных интервала у и угол запаса инвертора д. Для гарантии устойчивой работы преобразователя перечисленные величины должны удовлетворять соотношению (1):

где д - угол запаса инвертора; в - угол опережения открытия тиристоров; у - суммарный угол коммутации.

Теоретически, величина угла д в случае силовых тиристоров может составлять всего 56 электрических градусов (° эл.), однако в реальных условиях эксплуатации данное значение может доходить до величины, большей в 4-5 раз [4].

Российские электровозы переменного тока всех основных серий (ВЛ80, ВЛ85, ЭП1, Э5К) эксплуатируются с углом д в пределах 20-25° эл.; это означает, что с учетом коммутационных интервалов у = 10-20° эл.

результирующая величина угла опережения в может достигать 45° эл. В результате процесс рекуперации энергии сопровождается значительным углом фазового сдвига ф между кривыми напряжения u] и тока i] первичной обмотки тягового трансформатора (см. рис. 1) [4, 5]. Данный фазовый сдвиг может составлять в некоторых случаях до 37° эл. [5, 6] и приводить к высокому потреблению электровозом реактивной энергии, что, в свою очередь, определяет величину коэффициента мощности в соответствии с (2):

; = (2) где v - коэффициент искажения формы тока, который в нормальных условиях v ~ 0,95 [3, 7]; cos ф -косинус фазового сдвига кривой переменного тока относительно синусоиды напряжения.

Способы повышения коэффициента мощности электровоза с использованием разрядного плеча в цепи выпрямленного тока силовой схемы

В качестве решения описанной проблемы было предложено включение в цепь выпрямленного тока дополнительного разрядного плеча, которое позволило бы усовершенствовать алгоритм управления тиристорными плечами ВИП и, тем самым, повысить энергетические показатели электровоза.

Первый и наиболее простой вариант разрядного плеча представляет собой неуправляемый вентиль -диод VD, включенный параллельно плечам VS1-VS8 преобразователя в цепи выпрямленного тока, обеспечивающий контур для разрядки накопленной в цепи энергии во время коммутации тиристорных плеч в режиме тяги электровоза (рис. 2) [8]. Благодаря ускорению коммутации у тиристорных плеч уменьшается фазовый сдвиг cos ф, что влечет за собой рост х.

В дальнейшем идея получила теоретическое раз-

Zi

VS1

Zi

VS2

---- ------ E

2\

VS3

л

VS4

Zi

VS5

Zi

VS6

VS7

VS8

Рис. 2. Упрощенная принципиальная силовая схема электровоза переменного тока с диодным разрядным плечом VD Fig. 2. Simplified basic power circuit of an AC-wire DC-motor electric locomotive with a diode discharge arm VD

ORIGINAL PAPER

Modern technologies. System analysis. Modeling

2020. No. 4 (68). pp. 166-175

U]

Ж

VS1

ï\

VS2

^---- ------ E

Ж

VS3

ï\ VS4

Ж

VS5

ï\

VS6

2\

VS7

ï\ VS8

VD1Z^ VD2 V

VS9Zi VS10 v

Рис. 3. Упрощенная принципиальная силовая схема электровоза переменного тока с диодно-тиристорным разрядным плечом VD1-VS9, VD2-VS10 Fig. 3. Simplified basic power circuit of an AC-wire DC-motor electric locomotive with a diode-thyristor discharge arm VD1-VS9, VD2-VS10

витие в виде аналогичного способа ускорения коммутации уже для режима рекуперативного торможения (с обратным включением диода) [9], а также с нестандартным применением диода для смещения коммутационных интервалов относительно границ полупериодов [10].

Недостатком данного способа является ограниченный положительный эффект, составляющий около 2-6 % роста х, связанный с тем, что диод как пассивный неуправляемый элемент улучшает протекание существующих электромагнитных процессов в силовой схеме, но не позволяет переработать алгоритм управления.

Далее приведена более сложная версия разрядного плеча с двумя цепочками из последовательных силовых диода и тиристора (рис. 3) [11]. Такое плечо обеспечивает положительный эффект в двух режимах эксплуатации, а тиристоры У59, УЗ 10 позволяют отключать не работающую в каждом режиме цепочку бесконтактно.

Недостатком этого способа также является сниженный положительный эффект от наличия шунтирующих диодов, что обусловлено увеличением продолжительности участков полезной работы тири-сторных плеч только в рамках существующего алгоритма управления. Тиристорные плечи в данном случае продолжают коммутировать между собой, а накопленная электромагнитная энергия цепи выпрямленного тока разряжается в контактную сеть, а не на тяговые электродвигатели. Это означает сохранение значительных потерь мощности в тиристорных плечах преобразователя и на разрядном плече.

Таким образом, до настоящего момента отечественной наукой не было выработано предложений по фундаментальной переработке алгоритма управления тиристорными плечами при рекуперативном торможении. Существующие идеи направлены на его улучшение (в основном путем минимизации угла запаса инвертора 3), но не на отказ от неэффективного алгоритма в принципе.

Предлагаемый способ управления тиристорными плечами преобразователей в режиме рекуперативного торможения

Дальнейшее развитие технологий в области силовой электроники, в частности, открываемых и закрываемых управляющим сигналом полупроводниковых приборов предоставило новые возможности в преодолении проблемы. Особенный интерес представляют мощные ЮБТ-транзисторы таблеточной конструкции за их эксплуатационные достоинства, большой опыт применения мировой индустрией силовой электроники и изученность механизмов отказа [12, 13].

Приведена упрощенная принципиальная силовая схема электровоза переменного тока с шунтирующим цепь выпрямленного тока диодно-транзисторным разрядным плечом УЭ-УТ (рис. 4). Плечо включает в себя блок из одного или нескольких ЮВТ-транзисторов УТ, выполняющий роль управляемого электронного ключа, а также диодный блок УЭ, обеспечивающий защиту транзисторов от обратного напряжения.

2020. № 4 (68). С. 166-175 Современные технологии. Системный анализ. Моделирование

U]

с предлагаемым диодно-транзисторным разрядным плечом VD-VT Fig. 4. Simplified basic power circuit of an AC-wire DC-motor electric locomotive with the proposed diode-transistor discharge arm VD-VT

иВИП

Рис. 5. Аналитические диаграммы напряжений и токов предлагаемой силовой схемы электровоза на 4-й зоне регулирования напряжения при рекуперации энергии:

iyr - ток разрядного плеча

Fig. 5. Analytical diagrams of voltages and currents of the proposed electric locomotive power circuit on the 4th

voltage regulation zone during energy regeneration: iyr - current of the discharge arm

Принципиальным достоинством полностью управляемого электронного ключа, включенного параллельно шинами преобразователя, является возможность отказа от взаимной естественной коммутации между тиристорными плечами преобразователей в пользу более эффективной коммутации посредством шунтирующего плеча. Перевод этого

плеча в проводящее состояние (т. е. включение IGBT-транзистора) в конце каждого полупериода напряжения осуществляет коммутацию отработавшей группы тиристорных плеч, а закрытие шунтирующего плеча в начале следующего полупериода напряжения позволяет ввести в работу новую группу тиристорных плеч (рис. 5).

ORIGINAL PAPER

Modern technologies. System analysis. Modeling 2020. No. 4 (68). pp. 166-175

Представленный алгоритм может быть осуществлен благодаря тому, что пропускное направление разрядного плеча совпадает с направлением протекания тока i1. Включение ЮВТ-транзистора создает дополнительный контур в цепи выпрямленного тока силовой схемы, более предпочтительный для протекания тока по сравнению с контуром, организуемым тиристорными плечами. В результате происходит снятие прямого напряжения с тиристор-ных плеч, что вызывает их оперативное закрытие.

Предлагаемый алгоритм управления полностью исключает угол запаса д и работу тиристорных плеч за пределами собственного полупериода напряжения, осуществляя основные коммутационные процессы посредством шунтирующего разрядного плеча на границах полупериодов. Это, в свою очередь, практически устраняет фазовый сдвиг ф между кривыми напряжения u1 и тока i1 (см. рис. 5, нижняя диаграмма) и повышает коэффициент мощности электровоза.

Ниже приведены импульсы управления, подаваемые на открытие тиристорных плеч преобразователя и на поддержание открытого состояния транзисторов разрядного плеча в зависимости от полупериода напряжения тяговой сети для всех зон регулирования напряжения при рекуперативном торможении электровоза (табл. 1).

Математическое моделирование предлагаемого способа управления тиристорными плечами преобразователей в режиме рекуперативного торможения

Для предлагаемого алгоритма управления было проведено математическое моделирование в среде имитационного моделирования Simulink программного пакета МайаЬ. Разработанная специалистами ИрГУПС модель системы «тяговая подстанция -контактная сеть - электроподвижной состав» [14,

15] была доработана для реализации предлагаемого способа управления в режиме рекуперативного торможения [16].

Электромагнитные процессы типовой и предлагаемой моделей были сравнительно замерены при одинаковых эксплуатационных условиях: электровоз - 2ЭС5К, скорость хода V = 47 км/ч, ток обмотки возбуждения тяговых двигателей 1В = 640 A, рабочая точка - середина четвертой зоны регулирования напряжения. Алгоритм управления типового электропривода был подобран исходя из реальных условий эксплуатации: в = 40° эл., 5 = 22° эл. В модели предлагаемого электропривода продолжительность работы разрядного плеча была установлена равной 50° эл. с целью обеспечения наибольшей симметрии кривых инвертируемого тока и сетевого напряжения, при этом интервалы работы плеча в начале и в конце каждого полупериода составляют по 25° эл. (работа разрядного плеча симметрична относительно границ полупериодов).

Полученные в результате математического моделирования результаты подтвердили работоспособность нового способа управления и соответствие его работы аналитическим построениям, описанным выше. Сравнительно представлены диаграммы основных электромагнитных процессов типового и предлагаемого способов (рис. 6-8).

Результаты математического моделирования позволяют заключить, что предлагаемый метод практически решает проблему низкого коэффициента мощности, обеспечивая на середине 4-й зоны регулирования напряжения cos ф = 0,96 отн. ед. (аналогичный показатель модели стандартного электропривода - 0,62 отн. ед.).

На настоящий момент представленный способ управления отражен в двух охранных документах -патентах на изобретение [17, 18].

Номер зоны регулирования I II III IV

Направление ЭДС полупериода сети E —» —— —» —— —» —— —» ——

VS1 - - - ао - - - ао

VS2 - - ао - - - ао -

VS3 - ао - ар - ао - ар

Импульсы управления на открытие плеч VS1-VS8 и на поддержание открытого состояния VS4 ао - ар - ао - ар -

VS5 ао - ао - - ар - -

VS6 - ао - ао ар - - -

разрядного плеча УГ VS7 - - - - ао - ао -

VS8 - - - - - ао - ао

VT Won Woff Won Woff Won Woff Won Woff Won Woff Won Woff Won Woff Won Woff

Таблица 1. Управляющие импульсы предлагаемого алгоритма управления тиристорными плечами преобразователя VS1-VS8 и разрядным плечом VT Table 1. Control impulses of the proposed control algorithm for converter thyristor arms

VS1-VS8 and discharge arm VT

2020. № 4 (68). С. 166-175

ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ

Современные технологии. Системный анализ. Моделирование

1600

1400

< 1200

С S и

Sv

ч =

=

о

н

1000

ч =

о -

о Я

ч

3 =

800

600

400

200

0

lv SJ

l VS8 / \ lv S3

/ H

1 --

1щ/

0

5

п

A

A lv SJ / CN lV S2

r < / \ 4 /

1 \ lVS 3 I lVS 4

1 > / \ * с >

/ lV US/ /

l VT /

1

15

20

10 15 20 0 5 10

Время, мс Время, мс

а б

Рис. 6. Диаграммы токов тиристорных плеч выпрямительно-инверторного преобразователя iVS и разрядного плеча ivr при типовом (а) и предлагаемом (б) алгоритмах управления в режиме

рекуперативного торможения на середине 4-й зоны регулирования напряжения Fig. 6. Diagrams of currents of reversible power converter thyristor arms iVS and discharge arm ivr for standard (a) and proposed (b) control algorithms in regenerative braking mode in the middle of the 4th voltage

regulation zone

Ь

S 0,9-1

н 0,8' о

¡S 0,7' s

5 0,6' 0

я

6 0,5'

0,4 0,3'

f 0,2 о

й 0,1

0J

и ^ §

« I

§ В

с m

— о

- s

И И

* 1 о S

^ El

в

a

К

2000 1500H 1000 5000-500 -1000 -1500 -2000

0

10

Время, м

15

20 0

5 10

Время, мс

15

и

\ ZR /

4

J

Won

UB ИП ion

toi /

/ /

ll и' k l/u

J Mi

V 4 ] 4

"V Ур

20

а б

Рис. 7. Диаграммы тока imn и напряжения иВИП преобразователя, а также коэффициента мощности электровоза Км при типовом (а) и предлагаемом (б) алгоритмах управления в режиме рекуперативного торможения на середине 4-й зоны регулирования напряжения Fig. 7. Diagrams of reversible power converter current ip^c and voltage uRPC as well as electric locomotive power factor Km for standard (a) and proposed (b) control algorithms in regenerative braking mode in the middle of the 4th

voltage regulation zone

5

ORIGINAL PAPER

Modern technologies. System analysis. Modeling

2020. No. 4 (68). pp. 166-175

400

300

Sä ?! 200-ï а S о

s й

хо S

о S

= I

= S

ÊL 1

0J ^

С О

* S

5 äs

н о

1000 100 200300

-400

s -

EQ О

a

2L -

И И

40 30 20 10 0 10 20 30 -40

г

<L » iL /

s J

\ Q. ва Р

/

/

\

\

\ J \

\ / \

0 \ V ы /

V

h,

s J*" \

/ v s ч

Г s \ s,

j \ / \

/ \Ui Q 1 аР л f 1 V. '—

/ \ j \

Г h

i V

1 / \ r

1 f —

\ /

4 /

/ Л /

p S VA /

У

10

Время, мс

15

20 0

10

Время, мс

б

15

20

Рис. 8. Диаграммы тока i1 и напряжения u1 первичной обмотки тягового трансформатора при типовом (а) и предлагаемом (б) алгоритмах управления в режиме рекуперативного торможения на середине 4-й зоны регулирования напряжения Fig. 8. Diagrams of power transformer primary winding current i1 and voltage u1 for standard (a) and proposed (b) control algorithms in regenerative braking mode in the middle of the 4 th voltage regulation zone

Заключение

С началом выпуска отечественными электровозостроительными заводами первых электровозов с тиристорными преобразователями остается нерешенной проблема низкого коэффициента мощности этих локомотивов. Результаты многочисленных исследований проблемы указывают на несовершенство архитектуры силовых цепей электровоза, обусловленное особенностями работы тиристорных преобразователей.

Значительная часть предложенных ранее технических решений основана на включении в силовую цепь разрядного плеча, позволяющего внести изменения в принятый алгоритм управления тиристор-ными плечами. Несмотря на наличие положительного эффекта в виде умеренного роста коэффициента мощности, названные решения не устраняют проблему, что связано с использованием ограниченных по функциональности силовых полупроводниковых приборов.

Предложена модернизация силовой схемы электровоза шунтирующим разрядным плечом на базе

полностью управляемых полупроводниковых приборов - IGBT-транзисторов. Достоинством этого решения является отказ от естественной коммутации между тиристорными плечами преобразователей в пользу коммутации посредством шунтирующего плеча. Таким образом, открывается возможность полной переработки алгоритма управления тиристорными плечами с минимизацией угла фазового сдвига между кривыми тока и напряжения первичной обмотки тягового трансформатора, что приводит к значительному росту коэффициента мощности электровоза.

Предлагаемое техническое решение было смоделировано в среде Matlab Simulink и проанализировано в сравнении с типовым способом управления тиристорными плечами. Результаты подтвердили рост коэффициента мощности (повышение cos ф с 0,62 до 0,96 отн. ед.) и, следовательно, перспективность технологии и дальнейших исследований в данной области.

Список литературы

1. Мельниченко О.В. Повышение энергетической эффективности тяговых электроприводов электровозов переменного тока: специальность 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы»: дис. на соиск. ученой степ. д-ра техн. наук / О.В. Мельниченко // Хабаровск, 2015. 392 с.

2. Власьевский С.В. Повышение эффективности выпрямительно-инверторных преобразователей электровозов переменного тока с рекуперативным торможением: специальность 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы»: дис. на соиск. ученой степ. д-ра техн. наук / С.В. Власьевский // Хабаровск, 2001. 396 с.

3. Тихменев Б.Н. Электровозы переменного тока с тиристорными преобразователями / Б.Н. Тихменев, В.А. Кучумов // М.: Транспорт, 1988. 311 с.

4. Савоськин А.Н. О качестве процессов регулирования инвертора электровоза / А.Н. Савоськин, В.А. Голованов, В.Е. Коваль, А.А. Ефремов // Вестник ВНИИЖТ, 1981, № 8. С. 24.

5. Савоськин А.Н. Повышение коэффициента мощности электровоза переменного тока / А.Н. Савоськин, Ю.М. Кулинич, Р.П. Гринберг // Электротехника, 2002, № 5. С. 11-16.

0

5

5

а

ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ

2020. № 4 (68). С. 166-175 Современные технологии. Системный анализ. Моделирование

6. Власьевский С.В. Эффективность и проблемы применения рекуперативного торможения на электровозах переменного тока / С.В. Власьевский, В.В. Кравчук // Вестник ВЭлНИИ, 2005, № 2 (49). С. 147-158.

7. Тихменев Б.Н. Электровозы переменного тока со статическими преобразователями / Б.Н. Тихменев. М.: Трансжелдориздат, 1958. 268 с.

8. Патент № 2 322 749, Российская Федерация, МПК H02M 5/42 (2006.01), B60L 9/12 (2006.01). Способ управления многозонным выпрямителем однофазного переменного тока. Заявка № 2006140957/09 от 20.11.2006; опубл. 20.04.2008, бюл. № 11 / С.В. Власьевский, А.К. Бабичук, О.В. Мельниченко // Патентообладатель: ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения» (ДВГУПС).

9. Патент № 2 418 354, Российская Федерация, МПК H02M 5/12 (2006.01). Зависимый многозонный инвертор однофазного переменного тока. Заявка № 2010113666/07 от 07.04.2010; опубл. 10.05.2011, бюл. № 13 / С.В. Власьевский, Е.В. Буняева, В.Г. Скорик, Д.С. Фокин // Патентообладатель: ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения» (ДВГУПС).

10. Патент № 2 737 075, Российская Федерация, МПК H02M 7/70 (2006.01), СПК H02M 7/70 (2020.08). Способ управления сетевой коммутацией тиристорных плеч выпрямительно-инверторного преобразователя. Заявка № 2020115066 от 26.03.2020; опубл. 24.11.2020, бюл. № 33 / С.А. Богинский, О.В. Мельниченко, А.Ю. Портной, А.О. Линьков, С.Г. Шрамко, И.А. Баринов // Патентообладатель: ФГБОУ ВО «Иркутский государственный университет путей сообщения» (ИрГУПС).

11. Патент № 2 561 913, Российская Федерация, МПК H02P 7/292 (2006.01). Способ управления многозонным выпря-мительно-инверторным преобразователем однофазного переменного тока. Заявка № 2014115762/07 от 18.04.2014; опубл. 10.09.2015, бюл. № 25 / С.В. Власьевский, В.В. Семченко, О.В. Мельниченко // Патентообладатель: Власьевский С.В.

12. Yang Sh. An Industry-Based Survey of Reliability in Power Electronic Converters [Внутриотраслевой опрос на тему надежности силовых преобразователей] / Sh. Yang, A. Bryant, Ph. Mawby, D. Xiang, L. Ran, P. Tavner // Сборник трудов по прикладным технологиям индустрии Института инженеров электротехники и электроники (IEEE), май - июнь 2011. Т. 47, № 3, 14 марта 2011. C. 1441-1451.

13. Ciappa M. Lifetime Prediction of IGBT Modules for Traction Applications [Прогноз срока службы модулей IGBT для тяговых нужд] / M. Ciappa, W. Fichtner // Сборник трудов 38-го Международного симпозиума по физике надежности Института инженеров электротехники и электроники (IEEE) - 2000, 10-13 апреля 2000. C. 210-216.

14. Линьков А.О. Математическое моделирование работы электровоза с новой выпрямительной установкой возбуждения на IGBT-транзисторах / А.О. Линьков, О.В. Мельниченко, А.Ю. Портной, С. Г. Шрамко // Наука и техника транспорта, 2013, № 2. С. 21-28.

15. Устинов Р.И. Моделирование аварийных процессов выпрямительно-инверторных преобразователей электровоза при пропуске управляющих импульсов / Р.И. Устинов, О.В. Мельниченко // Вестник ИрГТУ, 2018, № 3. С. 244-254.

16. Томилов В.С. Proposals for Introduction of Modern Power Semiconductor Devices Into Converter-Fed Commutator Motor Locomotives of Russian Railways [Предложения по внедрению современных силовых полупроводниковых приборов на российских локомотивах с тяговыми преобразователями и коллекторными двигателями] / В.С. Томилов, Т.В. Волчек, ИА. Баринов // Сборник трудов Международной конференции по индустриальному машиностроению, внедрению и производству (ICIEAM) - 2020, 9 июня 2020.

17. Патент № 2 689 786, Российская Федерация, МПК H02P 7/292 (2006.01), СПК H02P 7/292 (2019.02). Способ управления многозонным выпрямительно-инверторным преобразователем однофазного переменного тока. Заявка № 2018121872 от 13.06.2018; опубл. 29.05.2019, бюл. № 16 / И.А. Баринов, С.В. Власьевский, Ю.В. Газизов, А.О. Линьков, О.В. Мельниченко, А.Ю. Портной, С.Г. Шрамко, Д.А. Яговкин // Патентообладатель: ООО «Транспортные прогрессивные технологии» (ТрансПроТех).

18. Патент № 2 728 891, Российская Федерация, МПК B60L 9/12 (2006.01), B60L 7/12 (2006.01), H02P 7/292

(2006.01), H02M 7/162 (2006.01), СПК B60L 9/12 (2020.02), B60L 7/12 (2020.02), H02P 7/292 (2020.02), H02M 7/1623

(2020.02), B60L 2210/30 (2020.02). Выпрямительно-инверторный преобразователь электроподвижного состава и способ его управления в режиме рекуперативного торможения. Заявка № 2019142069, от 16.12.2019; опубл. 31.07.2020, бюл. № 22 / И.А. Баринов, О.В. Мельниченко, А.Ю. Портной, А.О. Линьков, С.Г. Шрамко, Д.А. Яговкин, В.С. Томилов // Патентообладатель: ФГБОУ ВО «Иркутский государственный университет путей сообщения» (ИрГУПС).

References

1. Melnichenko O.V. Povyshenie energeticheskoy effektivnosty tyagovyh elektroprivodov elektrovozov peremennogo to-ka [AC-Fed Electric Locomotive Traction Drive Energy Efficiency Increase]. Doctoral dissertation / O.V. Melnichenko // Khabarovsk, 2015. 392 p.

2. Vlasyevskiy S.V. Povyshenie effektivnosty vypryamitelno-invertornyh preobrazovateley elektrovozov peremennogo toka s rekuperativnym tormozheniem [Reversible Power Converters Efficiency Increase of Electric Locomotives With Regenerative Braking]. Doctoral dissertation / S.V. Vlasyevskiy // Khabarovsk, 2001. 396 p.

3. Tikhmenev B.N. Elektrovozy peremennogo toka s tiristornymy preobrazovatelyamy [Alternating Current Electric Locomotives With Thyristor Converters] / B.N. Tikhmenev, V.A. Kuchumov // Transport Publishing House, Moscow, 1988. 311 p.

4. Savoskin A.N. O kachestve processov regulirovaniya invertora elektrovoza [On Quality of Electric Locomotive Invertor Regulation Processes] / A.N. Savoskin, V.A. Golovanov, V.E. Koval, A.A. Efremov // Herald of VNIIZHT, 1981. Iss. 8. Pp. 24.

5. Savoskin A.N. Povyshenie koefficienta moshnosty elektrovoza peremennogo toka [Increasing AC-Wire DC-Motor Electric Locomotive Power Factor] / A.N. Savoskin, Yu.M. Kulinich, R.P. Grinberg // Elektrotekhnika [Electrical Engineering], 2002. Iss. 5. Pp. 11-16.

6. Vlasyevskiy S.V. Effektivnost y problemy primeneniya rekuperativnogo tormozheniya na elektrovozakh peremennogo toka [Efficiency and Issues of AC Electric Locomotive Regenerative Braking Application] / S.V. Vlasyevskiy, V.V. Kravchuk // Herald of VELNII, 2005. Iss. 2. Pp. 147-158.

7. Tikhmenev B.N. Elektrovozy peremennogo toka so staticheskimy preobrazovatelyamy [Alternating Current Electric Locomotives With Static Converters] / B.N. Tikhmenev // Transzheldorizdat, Moscow, 1958. 268 p.

8. Patent No. RU2322749 / S.V. Vlasyevskiy, A.K. Babichuk, O.V. Melnichenko // Patent holder: Far Eastern State Transport University. Applied 20 November 2006, published 20 April 2008. Moscow, Russia: Rospatent, 2006.

9. Patent No. RU2418354 / S.V. Vlasyevskiy, E.V. Bunyaeva, V.G. Skorik, D.S. Fokin // Patent holder: Far Eastern State Transport University. Applied 7 April 2010, published 10 May 2011. Moscow, Russia: Rospatent, 2010.

10. Patent No. RU2737075 / S.A. Boginskiy, O.V. Melnichenko, A.Yu. Portnoy, A.O. Linkov, S.G. Shramko, I.A. Barinov // Patent holder: Irkutsk State Transport University. Applied 26 March 2020, published 24 November 2020. Moscow, Russia: Rospatent, 2020.

11. Patent No. RU2561913 / S.V. Vlasyevskiy, V.V. Semchenko, O.V. Melnichenko // Patent holder: Vlasyevskiy S.V. Applied 18 April 2014, published 10 September 2015. Moscow, Russia: Rospatent, 2014.

12. Yang Sh. An Industry-Based Survey of Reliability in Power Electronic Converters / Sh. Yang, A. Bryant, Ph. Mawby, D. Xiang, L. Ran, P. Tavner // IEEE Transactions on Industry Applications, May - June 2011. Vol. 47. Iss. 3, 14 March 2011. Pp. 1441-1451.

13. Ciappa M. Lifetime Prediction of IGBT Modules for Traction Applications / M. Ciappa, W. Fichtner // 2000 IEEE International Reliability Physics Symposium Proceedings (38th Annual), 10-13 April 2000. Pp. 210-216.

14. Linkov A.O. Matematicheskoe modelirovanie raboty elektrovoza s novoy vypryamitelnoy ustanovkoy vozbuzhdeniya na IGBT-tranzistorakh [Mathematical Modelling of Electric Locomotive Operation With a New IGBT-Based Rectifier Excitation Device] / A.O. Linkov, O.V. Melnichenko, A.Yu. Portnoy, S.G. Shramko // Nauka i tekhnika transporta [Transport Science and Technology], 2013. Iss. 2. Pp. 21-28.

15. Ustinov R.I. Modelirovanie avariynyh processov vypryamitelno-invertornykh preobrazovateley elektrovoza pri pro-puske upravlyayushih impulsov [Modelling of Electric Locomotive Reversible Power Converter Emergency Processes Due To Control Impulses Omission] / R.I. Ustinov, O.V. Melnichenko // Herald of INRTU, 2018. Iss. 3. Pp. 244-254.

16. Tomilov V.S. Proposals for Introduction of Modern Power Semiconductor Devices Into Converter-Fed Commutator Motor Locomotives of Russian Railways / V.S. Tomilov, T.V. Volchek, I.A. Barinov // 2020 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), 9 June 2020.

17. Patent No. RU2689786 / I.A. Barinov, S.V. Vlasyevskiy, Yu.V. Gazizov, A.O. Linkov, O.V. Melnichenko, A.Yu. Portnoy, S.G. Shramko, D.A. Yagovkin // Patent holder: LLC "Transport Progressive Technologies". Applied 13 June 2018, published 29 May 2019. Moscow, Russia: Rospatent, 2018.

18. Patent No. RU2728891 / I.A. Barinov, O.V. Melnichenko, A.Yu. Portnoy, A.O. Linkov, S.G. Shramko, D.A. Yagovkin, V.S. Tomilov // Patent holder: Irkutsk State Transport University. Applied 16 December 2019, published 31 July 2020. Moscow, Russia: Rospatent, 2019.

ORIGINAL PAPER

Modern technologies. System analysis. Modeling 2020. No. 4 (68). pp. 175-183

Информация об авторах

Баринов Игорь Александрович - аспирант кафедры электроподвижного состава, Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, e-mail: IgorAxBari-nov@gmail.com

DOI 10.26731/1813-9108.2020.4(68).175-183

Information about the authors

Igor A Barinov - post-graduate student at Electric Rolling Stock Department, Irkutsk State Transport University, Irkutsk, e-mail: IgorAxBarinov@gmail.com

УДК 652.2

Европейская практика внедрения риск-менеджмента в систему управления безопасностью на железнодорожном транспорте

О. Г. Киселёва, Ж. Ж. Альтаева, А. Д. КунебаевИ

Казахская академия транспорта и коммуникаций им. М. Тынышпаева, г. Алматы, Республика Казахстан И adilet_97.kz@bk.ru

Резюме

В статье проанализирован европейский опыт использования механизмов по управлению рисками в области обеспечения безопасности движения на железнодорожном транспорте. Безопасность и надежность перевозочного процесса на железных дорогах государств-членов Евросоюза гарантирована построением эффективных систем менеджмента безопасности движения, опирающихся на инструменты риск-менеджмента. В европейской практике управления безопасностью на железнодорожном транспорте управление рисками является обязательным элементом Системы менеджмента безопасности движения. Главной целью системы риск-менеджмента в области безопасности движения является снижение существующих уровней рисков до установленного допустимого значения и дальнейшее поддержание достигнутых значений. Для этого разработан комплекс мер по управлению риском, которые выполняются всякий раз, когда изменение условий эксплуатации или появление новых данных порождают новые риски транспортных происшествий и событий. Европейская система риск-менеджмента является отправной точкой управления безопасностью железнодорожных систем госу-