A METHODOLOGY TO SELECT ASYNCHRONOUS TRACTION ELECTRIC DRIVE FOR INNOVATIVE METRO ROLLING STOCK

Authors

DOI:

https://doi.org/10.32703/2617-9040-2021-37-11

Keywords:

asynchronous traction electric drive, car, metro, rolling stock, specific electricity consumption for traction, variable frequency.

Abstract

The paper deals with the justification of the need to use an asynchronous traction electric drive on the metro rolling stock. The advantages of using an asynchronous traction electric drive in comparison with a DC commutator motor drive are formulated. The characteristics of modern innovative metro rolling stock with asynchronous traction electric drive of domestic and foreign production are analyzed. Aspects of the choice of a variable frequency asynchronous traction electric drive for innovative rolling stock are formulated and the existing typical algorithm of such choice is given. The main reasons for the irrational choice of traction asynchronous electric drive for the metro rolling stock are considered and the consequences of such a choice are analyzed. It is proposed to improve the methodology for selecting a variable frequency traction asynchronous electric drive for the metro rolling stock in terms of such an important operational factor as the specific cost of electrical energy for traction. The rational parameters of the variable frequency asynchronous traction electric drive according to the proposed procedure for the specified characteristics of the metro rolling stock are specified. The reserves of energy savings for the given conditions due to the introduction of an asynchronous traction electric drive with rational parameters on the innovative rolling stock are determined. It is established that the efficiency factor of the asynchronous traction motor significantly affects the specific electric energy consumption for the metro rolling stock traction and operating costs.

References

ЛІТЕРАТУРА

Сулим А.О., Мужичук С.О., Хозя П.О., Павленко Ю.С., Єжов Ю.В. Сучасний стан та перспективи розвитку парку рухомого складу метрополітену в Україні. Залізничний транспорт України. 2019. №3/2019. С. 14-20

Ротанов Н.А. Электроподвижной состав с асинхронными тяговыми двигателями / Н.А. Ротанов, А.С. Курбасов, Ю.Г. Быков, В.В Литовченко : Под ред. Н.А. Ротанова. М.: Транспорт. 1991. 336 с.

Калинин В.К. Электровозы и электропоезда. М.: Транспорт. 480 с.

Амелин В.М. Электропоезда. Механическая часть, тяговые двигатели и вспомогательные машины. Системы обслуживания и ремонта / В.М. Амелин, Ю.М. Иньков, М.И. Озеров, В.Н. Ротанов, А.А. Рубцов, Е.К. Рыбников, Я.И. Шур / Под общ. ред. В.М. Амелина, Ю.М. Инькова. М.: Изд-во НЦ ЭНАС. 2000. 200 с.

Хворост М.В., Шпіка М.І., Бесараб А.І. Тяговий асинхронний електропривод для міського електротранспорту. Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. 2012. № 3. С. 7-10.

Устенко О.В., Пасько О.В. Тенденции развития тяговых двигателей подвижного состава. Електротехніка і електромеханіка. 2013. № 1. С. 65-68.

Любарський Б.Г. Раціональні швидкісні режими руху приміського електропоїзда з асинхронними тяговими двигунами. Вісник НТУ «ХПІ». 2015. № 8 (1127). С. 86-92.

Курбасов А.С. Асинхронный привод электровоза: эффективность перевозок, технологичность производства. Транспорт Российской Федерации. 2008. № 6 (19). С. 51-53.

Hetman H.K., Marikutsa S.L. Selection of rational parameters of the nominal mode electric trains with asynchronous traction drive. Science and Transport Progress. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport. 2017. Issue 3 (69). P. 56–65. DOI: https://doi.org/10.15802/stp2017/104767

Титова Т.С., Евстафьев А.М., Изварин М.Ю. Сычугов А.Н. Перспективы развития тягового подвижного состава. Часть 1. Транспорт Российской Федерации. 2018. № 6 (79). С. 40-44.

Petrenko O., Liubarskiy B., Pliugin V. Determination of railway rolling stock optimal movement modes. Електротехніка і електромеханіка. 2017. № 6. Р. 27-31. DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2017.6.04

Ле Суан Хонг. Перспективы внедрения асинхронных тяговых двигателей на тяговом подвижном составе. VII Всероссийская конференция «Научная инициатива иностранных студентов и аспирантов российских вузов». 2014 С. 256-258.

Yatsko S., Sytnik B., Vashchenko Y., Sidorenko A., Liubarsky B., Veretennikov I., Glebova M. Comprehensive approach to modeling dynamic processes in the system of underground rail electric traction. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2019. Issue 1/9 (97). P. 48–57. doi: 10.15587/1729-4061.2019. 154520.

Terasawa K., Ishikawa K., Asada T., Koneko T., Endo M., Yoshida T. Development of lightweight traction systems to reduce energy consumption. 2018. Vol 67. No. 7. P. 38-43.

Abouzeid A.F., Guerrero J.M., Endemaǹo A., Muniategui I., Ortega D., Larrazabal I., Briz F. Control strategies for induction motors in railway traction applications. Energies. 2020. 13 (3), 700. P. 1-22. https://doi.org/10.3390/en13030700

Мнацаканов В.А. К истории отечественного метровагоностроения. Метро и тоннели. 2015. № 3. С. 28-33.

Мнацаканов В.А. Инновационный метропоезд «Нева». Тягово-энергетические испытания. Метро и тоннели. 2014. № 1. С. 30-34.

Goolak S., Sapronova S., Tkachenko V., Riabov I., Batrak Y. Improvement of the model of power losses in the pulsed current traction motor in an electric locomotive. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2020. Issue 6/5 (108), p. 38–46. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.218542.

Goolak, S., Tkachenko, V., Bureika, G., & Vaičiūnas, G. Method of spectral analysis of traction current of AC electric locomotives. Transport. 2020. 35(6), 658-668. https://doi.org/10.3846/transport.2020.14242.

556.00.00.000-01 РЭ. Вагоны метрополитена моделей 81-556, 81-557, 81-558. Руководство по эксплуатации. 86 с.

Науково-експериментальні дослідження технічних характеристик вагонів метрополітену моделей 81-7036 та 81-7037, обладнаних асинхронним приводом Том 4. Випробування електрообладнання, випробування на електромагнітну сумісність з пристроями сигналізації та зв'язку, тягово-енергетичні випробування, випробування системи автоматичного регулювання швидкості, систем вентиляції, випробування з визначення параметрів мікроклімату в кабіні керування та рівнів шуму й інфразвуку вагонів метро моделей 81-7036 і 81-7037 / ДП «УкрНДІВ»; керівник Ольгард Леонід Семенович; викон. Донченко А.В., Ільчишин В.В., Распопін В.Р. [та ін.]. Кременчук. 2012. 105 с. ДР 0112U006006. Інв. № 1325.

Науково-експериментальні дослідження технічних характеристик вагонів метро, виготовлених в рамках комплексної модернізації для Комунального підприємства «Київський метрополітен». Випробування електрообладнання, випробування на електромагнітну сумісність з пристроями сигналізації та зв'язку, тягово-енергетичні випробування, випробування системи автоматичного регулювання швидкості, випробування з визначення параметрів мікроклімату в кабіні управління та рівнів шуму й інфразвуку вагонів метро / ДП «УкрНДІВ»; керівник Хозя Павло Олександрович; викон. Донченко А.В., Речкалов С.Д., Шмаков С.В. [та ін.]. Кременчук. 2014. 154 с. ДР 0114U006350. Інв. № 1501.

Stadler M110/M111 [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://ru.wikipedia.org/wiki/Stadler _M110/M111. Назва з екрану.

Байрыева Л.С. Теория электрической тяги. Методическое пособие / Л.С. Байрыева, А.В. Прокопович. М.: Издательство МЭИ. 2004. 40 с.

Розенфельд, В.Е. Теория электрической тяги / В.Е. Розенфельд, И.П. Исаев, Н.Н. Сидоров, М.И. Озеров : Под ред. И.П. Исаева. М.: Транспорт. 1995. 294 с.

СОУ МПП 45.060-253:2008 Вагони метрополітену. Загальні технічні вимоги. [Чинний від 2010-01-01] Вид. офіц. Київ: Міністерство промислової політики України. 2008. 29 с.

REFERENCES

Sulym, A.O., Muzhychuk, S.O., Khozia, P.O., Pavlenko, Yu.S., & Yezhov, Yu.V. (2019). Suchasnyi stan ta perspektyvy rozvytku parku rukhomoho skladu metropolitenu v Ukraini [Current state and prospects of metro rolling stock development in Ukraine]. Zaliznychnyi transport Ukrainy – Railway Transport of Ukraine, 3, 14-20 [in Ukrainian]

Rotanov, N.A., Kurbasov, A.S., Byikov, Yu.G., & Litovchenko, V.V. (1991). Elektropodvizhnoy sostav s asinhronnymi tiagovymi dvigateliami [Electric rolling stock with asynchronous traction motors]. N.A. Rotanov (Ed.). M. : Transport, p. 336 [in Russian].

Kalinin, V.K. Elektrovozy i eliektropoiezda [Electric locomotives and electric trains]. M. : Transport [in Russian].

Amelin, V.M., Inkov, Yu.M., Ozerov, M.I., Rotanov, V.N., Rubtsov, A.A., Rybnikov, E.K. et al. (2000). Elektropoezda. Mehanicheskaia chast, tiagovyie dvigateli i vspomogatelnyie mashiny. Sistemy obsluzhivaniia i remonta [Electric trains. Mechanical part, traction motors and auxiliary machines. Maintenance and repair systems]. V.M. Amelin, Yu.M. Inkov (Ed.), 200 [in Russian].

Hvorost M.V., Shpіka M.І., Besarab A.І. (2012). Tiagovyi asinkhronnyi elektroprivod dlia mіskogo elektrotransportu [Traction asynchronous electric drive for urban electric transport]. Energosberezhenie. Energetika. Enerhoaudit - Energy saving. Energy. Energy audit, 3, 7-10

Ustenko O.V., Pasko O.V. (2013). Tendencii razvitiia tiagovykh dvigatelej podvizhnogo sostava. [Development trends for the development of traction motors of rolling stock]. Elektrotekhnіka і elektromekhanіka - Electrical engineering and electromechanics, 1, 65-68 [in Russian].

Liubarskyi B.G. (2015). Ratsіonalnі shvydkіsnі rezhymy rukhu prymіskogo elektropoizda z asinkhronnymy tiagovymy dvygunamy [Rational speed modes of metro electric train with asynchronous traction motors], Vіsnyk NTU «KhPІ» - Bulletin of the NTU"KhPI", 8 (1127), 86-92 [in Ukrainian]

Kurbasov A.S. (2008). Asinkhronnyi privod elektrovoza: effektivnost perevozok, tekhnologichnost proizvodstva [Asynchronous electric locomotive drive: traffic efficiency, manufacturability], Transport Rossiiskoi Federacii - Transport of the Russian Federation, (19), 51-53 [in Russian].

Hetman H.K., Marikutsa S.L. (2017). Selection of rational parameters of the nominal mode electric trains with asynchronous traction drive. Science and Transport Progress. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport. Issue 3 (69), 56–65. doi: https://doi.org/10.15802/stp2017/104767

Titova T.S., Evstafiev A.M., Izvarin M.YU., Sychugov A.N. (2018). Perspektivy razvitiia tiahovogo podvizhnogo sostava. Chast 1 [Prospects for the development of traction rolling stock.]. Transport Rossiiskoi Federacii - Transport of the Russian Federation, 6 (79), 40-44 [in Russian]

Petrenko O., Liubarskiy B., Pliugin V. (2017). Determination of railway rolling stock optimal movement modes, Elektrotekhnіka і elektromekhanіka - Electrical engineering and electromechanics, 6, 27-31. doi: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2017.6.04

Le Suan Khong. (2014). Perspektivy vnedreniia asinkhronnykh tiagovykh dvigateliei na tiahovom podvizhnom sostavie. [Prospects for the introduction of asynchronous traction motors on traction rolling stock]. VII Vserossiiskaia konferencia «Nauchnaya iniciativa inostrannykh studentov i aspirantov rossiiskikh vuzov» - VII All-Russian Conference "Scientific Initiative of Foreign Students and Postgraduates of Russian Universities". (pp. 256-258).

Yatsko S., Sytnik B., Vashchenko Y., Sidorenko A., Liubarsky B., Veretennikov I., Glebova M. (2019). Comprehensive approach to modeling dynamic processes in the system of underground rail electric traction. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. Issue 1/9 (97), p. 48–57. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.154520.

Terasawa K., Ishikawa K., Asada T., Koneko T., Endo M., Yoshida T. (2018). Development of lightweight traction systems to reduce energy consumption. Vol 67. No. 7. p. 38-43.

Abouzeid A.F., Guerrero J.M., Endemaǹo A., Muniategui I., Ortega D., Larrazabal I., Briz F. (2020). Control strategies for induction motors in railway traction applications. Energies. 13 (3), 700. p. 1-22. https://doi.org/10.3390/en13030700

Mnatsakanov V.A. (2015). K istorii otechestvennoho metrovagonostroieniia [Concerning the history of domestic metro car building]. Metro i tonneli - Metro and tunnels, 3, 28-33 [in Russian]

Mnatsakanov V.A. (2014). Innovacionnyi metropoiezd «Neva». Tiahovo-enerheticheskie ispytaniia [Innovative metro train "Neva". Traction and energy tests]. Metro i tonneli - Metro and tunnels, 1, 30-34 [in Russian]

Goolak S., Sapronova S., Tkachenko V., Riabov I., Batrak Y. (2020). Improvement of the model of power losses in the pulsed current traction motor in an electric locomotive. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. Issue 6/5 (108), p. 38–46. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.218542.

Goolak, S., Tkachenko, V., Bureika, G., & Vaičiūnas, G. (2020). Method of spectral analysis of traction current of AC electric locomotives. Transport, 35(6), 658-668. https://doi.org/10.3846/transport.2020.14242.

Rukovodstvo po ekspluatacii 556.00.00.000-01. Vagony metropolitena modelei 81-556, 81-557, 81-558 [Metro car models 81-556, 81-557, 81-558. Manual], 86 [in Russian].

Olhard L.S., Donchenko A.V., Іlchyshyn V.V., Raspopіn V.R et.al. (2012). Naukovo-eksperimentalnі doslіdzhennia tekhnіchnykh kharakteriystyk vagonіv metropolіtenu modelei 81-7036 ta 81-7037, obladnanykh asynkhronnym pryvodom. Vyprobuvannia elektroobladnannia, vyprobuvannia na elektromagnіtnu sumіsnіst z prystroiamy syhnalіzatsіi ta zviazku, tiahovo-enerhetychnі vyprobuvannia, vyprobuvannia systemy av-tomatychnoho rehuliuvannya shvydkostі, system ventyliatsіi, vyprobuvannia z vyznachennia parametrіv mіkroklіmatu v kabіnі keruvannia ta rіvnіv shumu i іnfrazvuku vagonіv metro modelei 81-7036 і 81-7037 [Scientific and experimental studies of technical characteristics of metro cars of models 81-7036 and 81-7037, equipped with asynchronous drive. Vol. 4. Tests of electrical equipment, tests for electromagnetic compatibility with signaling and communication devices, traction and energy tests, tests of automatic speed control system, ventilation systems, tests to determine the parameters of the microclimate in the drive cabin and noise and infrasound levels of metro cars models 81-7036 and 81-7037. Olhard L.S. (Eds.). Kremenchuk: DP «UkRNDІV», 105 [in Ukrainian].

Khozia P. O., Donchenko A.V., Rechkalov S.D., Shmakov S.V. et al. (2014). Naukovo-eksperimentalnі doslіdzhennia tekhnіchnykh kharakterystyk vagonіv metro, vyhotovlenykh v ramkakh kompleksnoi modernіzacіi dlia Komunalnoho pіdpryiemstva «Kiivskii metropolіten». Vyprobuvannia elektroobladnannia, vyprobuvannia na elektromahnіtnu sumіsnіst z prystroiamy syhnalіzacіi ta zviazku, tiahovo-enerhetychnі vyprobuvannia, vyprobuvannia systemy avtomatychnoho reguliuvannia shvydkostі, vyprobuvannia z vyznachennia parametrіv mіkroklіmatu v kabіnі upravlіnnia ta rіvnіv shumu i іnfrazvuku vagonіv metro [Scientific and experimental studies of technical characteristics of metro cars manufactured as part of a comprehensive modernization for the Municipal Enterprise "Kyiv Metro". Tests of electrical equipment, tests for electromagnetic compatibility with signaling and communication devices, traction and energy tests, tests of the automatic speed control system, tests to determine the parameters of the microclimate in the control cabin and noise and infrasound levels of metro cars. Khozia P. O. (Eds.). Kremenchuk: DP ―UkrNDІV‖, 154 [in Ukrainian]

Stadler M110/M111. Retrieved from https://ru.wikipedia.org/wiki/Stadler M110/M111.

Bairyeva L.S., Prokopovich A.V. (2004) Teoriia elektricheskoi tiahi [Theory of electric traction]. M.: Izdatelstvo MEI, 40.

Rozenfeld V.E., Isaev I.P., Sidorov N.N., Ozerov M.I. (1995). Teoriia elektricheskoi tiahi [Theory of electric traction]. M.: Transport, 294.

Published

2021-07-01

How to Cite

Sulym, A., Ustenko, O., Melnyk, O., Lomonos, A., Muzhychuk, S., & Solovey, V. (2021). A METHODOLOGY TO SELECT ASYNCHRONOUS TRACTION ELECTRIC DRIVE FOR INNOVATIVE METRO ROLLING STOCK. Transport Systems and Technologies, (37), 97–118. https://doi.org/10.32703/2617-9040-2021-37-11

Issue

Section

Technics and techology

Most read articles by the same author(s)

1 2 > >>