Lifetime of Auxiliary Machines of AC Electric Trains

Балійчук, О. Ю. Термін служби допоміжних машин електропоїздів змінного струму / О. Ю. Балійчук // Наука та прогрес транспорту. — 2015. — № 2 (56). — С. 116—128. — doi: 10.15802/stp2015/42161UK: Мета. В роботі необхідно проаналізувати підвищення працездатності допоміжних машин електропоїздів змінного струму серії ЕР9М при експлуатації в реальних умовах. Методика. Запропоновано інженерний метод із визначення відносного скорочення терміну служби асинхронних двигунів, обраних із певним проектним запасом потужності, в нормальних експлуатаційних умовах та при зниженні показників якості живлячої електроенергії в бортових колах рухомого складу, що має місце при реальній експлуатації на ділянках Укрзалізниці. Результати. У результаті проведених автором досліджень встановлено, що тривала робота асинхронних двигунів, обраних із достатнім коефіцієнтом запасу потужності kз = 1,6, при несиметрії живлячої напруги 16…20 % призводить до скорочення їх терміну служби на 9,5…33,2 % в залежності від типу двигуна. Цим доведено, що вибір допоміжних машин із більшим запасом потужності не є раціональним способом підвищення працездатності допоміжних машин на електропоїздах серії ЕР9М. Зроблені рекомендації стосовно впровадження симетро-компенсуючих та захисних пристроїв, побудованих на сучасній мікропроцесорній та мікроконтролерній елементній базі. Вони роблять неможливою роботу допоміжних машин при низькому рівні якості електричної енергії у бортових колах електропоїздів змінного струму в цілому та на електропоїздах серії ЕР9М зокрема. Наукова новизна. Вперше висвітлено питання аналітичного дослідження впливу якості живлячої енергії на термін служби допоміжних машин електропоїздів змінного струму серії ЕР9М через визначення відносного скорочення терміну служби допоміжних машин (в залежності від температури загального перегріву). Враховано вплив коефіцієнту запасу потужності двигуна на середній перегрів та процес нагрівання електричних машин в цілому. Практична значимість. Отримані в ході досліджень результати дозволяють критично оцінити існуючий захист допоміжних машин електропоїздів змінного струму та розробити рекомендації щодо впровадження комплексу організаційно- технічних заходів із підвищення працездатності допоміжних машин електропоїздів змінного струму серії ЕР9М.RU: Цель. В работе необходимо проанализировать повышение работоспособности вспомогательных машин электропоездов переменного тока серии ЭР9М при эксплуатации в реальных условиях. Методика. Предложен инженерный метод определения относительного сокращения срока службы асинхронных двигателей, выбранных с определенным проектным запасом мощности, в нормальных эксплуатационных условиях и при снижении показателей качества питающей электроэнергии в бортовых цепях подвижного состава, которое имеет место при реальной эксплуатации на участках Укрзализныци. Результаты. В результате проведенных автором исследований установлено, что длительная работа асинхронных двигателей, выбранных с достаточным коэффициентом запаса мощности kз = 1,6, при несимметрии питающего напряжения 16 … 20 % приводит к сокращению их срока службы на 9,5 … 33, 2 % в зависимости от типа двигателя. Этим доказано, что выбор вспомогательных машин с большим запасом мощности не является рациональным способом повышения работоспособности вспомогательных машин на электропоездах серии ЭР9М. Сделаны рекомендации по внедрению симметро-компенсирующих и защитных устройств, построенных на современной микропроцессорной и микроконтроллерной элементной базе. Они делают невозможной работу вспомогательных машин при низком уровне качества электрической энергии в бортовых цепях электропоездов переменного тока в целом, и на электропоездах серии ЭР9М в частности. Научная новизна. Впервые освещены вопросы аналитического исследования влияния качества питающей энергии на срок службы вспомогательных машин электропоездов переменного тока серии ЕР9М через определение относительного сокращения срока службы вспомогательных машин (в зависимости от температуры общего перегрева). Учтено влияние коэффициента запаса мощности двигателя на средний перегрев и процесс нагревания электрических машин в целом. Практическая значимость. Полученные в ходе исследований результаты позволяют критически оценить существующую защиту вспомогательных машин электропоездов переменного тока и разработать рекомендации по внедрению комплекса организационно-технических мероприятий по повышению работоспособности вспомогательных машин электропоездов переменного тока серии ЭР9М.EN: Purpose. In this paper it is necessary to analyze increase the efficiency of auxiliary machines of AC electric trains, series ER 9M during operating under the real conditions. Methodology. An engineering method to determine the relative reduction of the lifetime of asynchronous motors, selected with a certain design factor of power reserve, under normal operating conditions and with decrease of the electric power supply quality in auxiliary circuits of rolling stock, which takes place in real operation in sections of Ukrzaliznytsia was proposed. Findings. As a result of a study, conducted by the author it was found that long-term operation of asynchronous motors, selected with a sufficient reserve of power kз = 1,6, when the supply voltage unbalance is 16 … 20% leads to a reduction of their lifetime on 9,5…33,2%, depending on the type of motors. It proves that the choice of auxiliary machines with a large margin of power is not a rational way to increase the efficiency of auxiliary machines of electric trains, series ER9M. Recommendations were suggested for the introductions of symmetry-balancing and protective devices based on modern microprocessor and microcontroller hardware components. They make impossible operation of auxiliary machines during a low level of electric energy quality in onboard electric circuits of AC electric train in general, and on the trains, series ER9M in particular. Originality. The issues of the analytical study of the energy supply quality effect on the lifetime of auxiliary machines of AC electric trains, series ER9M through the determination of the relative reduction of the lifetime of auxiliary machines, depending on the general overheating temperature were highlighted firstly. The effect of safety factor for motor capacity on the average overheating and on the heating process of electrical machines on the whole was taken into consideration. Practical value. Obtained results allow forming critical opinion about the existing protection of auxiliary machines of AC electric train and develop recommendations for the implementation of complex organizational and technical measures to improve operability of auxiliary machines of AC electric trains, series ER 9M

Моделирование работы статического преобразователя тяговой передачи электровоза

Балійчук О. Ю. Моделювання роботи статичного перетворювача тягової передачі електровозу / О. Ю. Балійчук // Електрифікація транспорту. — 2011. — №1. — С. 69—76.UK: В статті розглянуто способи моделювання статичних перетворювачів за допомогою методів імітаційного моделювання в середовищі MatLab та класичних методів математичного моделювання. Створено імітаційну модель тягової передачі перспективного багатосистемного електровозу для дослідження стаціонарних і перехідних режимів роботи.RU: В статье рассмотрены способы моделирования статических преобразователей с помощью методов имитационного моделирования в среде MatLab и классических методов математического моделирования. Создана имитационная модель тяговой передачи перспективного многосистемного электровоза для исследования стационарных и переходных режимов работы.EN: In the article considered ways of modeling static converters with the methods of simulation in MatLab and classical methods of mathematical modeling. Created a simulation model traction transmission prospective multi-system locomotives for the study of stationary and transient modes

Heating and Protection the Windings of Auxiliary Machines of the AC Electric Multiple-Unit Trains at Short-time Overloads

Балійчук, О. Ю. Нагрівання і захист обмоток допоміжних машин електропоїздів змінного струму при короткочасних перевантаженнях / О. Ю. Балійчук // Електрифікація транспорту. — 2014. — № 8. — С. 79—85. — Бібліогр. в кінці ст.UK: Статистичний аналіз показує, що близько 20% допоміжних машин електропоїздів змінного струму (компресор, масляний насос охолодження тягового трансформатора, двигуни вентиляційних агрегатів) виходять з ладу щорічно. Очевидно, що питання підвищення надійності допоміжних машин на електропоїздах змінного струму серії ЕР9М наразі є актуальним. Основною причиною виходу з ладу цих машин є пошкодження ізоляції обмотки статора електричного двигуна. На електропоїздах серії ЕР9М застосовують загальнопромислові асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором типу АОМ та подібні до них, більш сучасні типу АИР. Факт виходу з ладу двигуна говорить про те, що ізоляція обмотки статора перегрівається вище допустимих температур. Причиною цьому стає той факт, що двигун в режимі реальної експлуатації працює із короткочасними перевантаженнями. Ці перевантаження обумовлено тим, що двигуни працюють в суттєво більш важких умовах, ніж в промисловості, до чого можна віднести значні відхилення живлячої напруги, які властиві рухомому складу електрифікованому на змінному струмі, роботу агрегатів при низьких температурах атмосферного повітря та інше. В роботі поставлено задачу визначити гранично допустиму тривалість короткочасних перевантажень, при яких ізоляція двигуна не буде перегріта вище допустимих температур. Запропоновано інженерний метод визначення названої характеристики. Експериментально знято часострумову характеристику електротеплового реле. Виконано порівняння отриманої аналітичної залежності із експериментально отриманими характеристиками реального теплового захисту на базі теплового реле ТРТ-115. Розроблено рекомендації по підвищенню надійності теплового захисту асинхронних короткозамкнених двигунів, які працюють в режимах короткочасних перевантажень.RU: Статистический анализ показывает, что около 20% вспомогательных машин электропоездов переменного тока (компрессор, масляный насос охлаждения тягового трансформатора, двигатели вентиляционных агрегатов) выходят из строя ежегодно. Очевидно, что вопрос повышения надежности вспомогательных машин на электропоездах переменного тока серии ЭР9М сейчас является актуальным. Основной причиной выхода из строя этих машин является повреждение изоляции обмотки статора электродвигателя. На электропоездах серии ЭР9М применяют общепромышленные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором типа АОМ и подобные им, более современные типа АИР. Факт выхода из строя двигателя говорит о том, что изоляция обмотки статора перегревается выше допустимых температур. Причиной этому становится тот факт, что двигатель в режиме реальной эксплуатации работает с кратковременными перегрузками. Эти перегрузки обусловлены тем, что двигатели работают в существенно более трудных условиях, чем в промышленности, к чему можно отнести значительные отклонения питающего напряжения, которые свойственны подвижному составу электрифицированному на переменном токе, работу агрегатов при низких температурах атмосферного воздуха и прочее. В работе поставлена задача определить предельно допустимую продолжительность кратковременных перегрузок, при которых изоляция двигателя не будет перегрета выше допустимых температур. Предложен инженерный метод определения названной характеристики. Экспериментально снята времятоковая характеристика электротеплового реле. Выполнено сравнение полученной аналитической зависимости с экспериментально полученными характеристиками реального тепловой защиты на базе теплового реле ТРТ-115. Разработаны рекомендации по повышению надежности тепловой защиты асинхронных короткозамкнутых двигателей, работающих в режимах кратковременных перегрузок.EN: Statistical analysis shows that about 20% of the auxiliary machines of AC electric multiple-unit trains (compressor, oil pump for cooling traction transformer, the motors of ventilation aggregates) are fails every year. Obviously, that the issue of increasing the reliability of auxiliary machines of AC trains ER9M series is now urgent. The main cause of the failure of these machines is the insulation damage of the stator winding of the motor. On the trains ER9M series use the general purpose industrial induction motors with squirrel-cage rotor of AOM type and the similar to them, more modern AIR type. The fact of the failure of the engine shows that the insulation of the stator winding overheating above the allowable temperature. The reason of that becomes the fact that the engine in a mode of real operation works with transient overloads. These overloads caused by the fact that the engines are work in a much more difficult conditions than in industry, to which can be attributed the significant variations of the supply voltage, which are characteristic of the AC rolling stock, operation at low air temperatures and so on. In this paper it is set the task to identify the maximum permissible duration of transient overloads, during which the motor insulation will not be overheated above the allowable temperature. An engineering method for determining these characteristics is proposed. Experimentally obtained the time-current characteristics of the electrothermal relays. The comparison of the obtained analytical dependence with the experimentally measured characteristics of real thermal protection on the basis of the thermal relay TRT-115 is done. Formulated recommendations to increase the reliability of the thermal protection of asynchronous motors with squirrel-cage rotor, which are work in transient overloads modes

The Impact of the Increased Voltage in the Catenary Constant Current by the Amount of Energy Losses

Муха, А. М. Вплив підвищення напруги в контактній мережі постійного струму на величину втрат енергії / А. М. Муха, О. Ю. Балійчук // Вісн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. — Д., 2010. — Вип. 31. — С. 100—105.UK: У статті представлено результати дослідження впливу підвищення напруги у контактній мережі постійного струму на величину втрат енергії у цій контактній мережі. Розрахунки виконані з використанням традиційних загальноприйнятих методик.RU: В статье представлены результаты исследования влияния повышения напряжения в контактной сети постоянного тока на величину потерь в этой контактной сети. Расчеты выполнены с использованием традиционных общепринятых методик.EN: In the atricle the results of study of the influence of rising the voltage in DC contact network on the value of losses in this contact network are presented. The calculations are executed with use of traditional commonly accepted techniques

Analisys of Work Auxiliary Electric Machines Electric Trains Railways of Ukraine

Муха, А. М. Аналіз роботи допоміжних електричних машин електропоїздів залізниць України / А. М. Муха, О. Ю. Балійчук, І. Є. Скогарєв // Збірник наукових праць Донецького інституту залізничного транспорту. – 2014. – Вип. 37. – С. 143–150.UK: У статті представлено результати аналізу парку допоміжних машин електропоїздів Укрзалізниці, проведено порівняння технічних характеристик електричних двигунів, фазорозщеплювачів, подільників напруг і генераторів, що застосовуються на електропоїздах основних серій різних років побудови. Проаналізовано технічний стан рухомого складу з точки зору показників надійності роботи допоміжних машин.RU: В статье представлены результаты анализа парка вспомогательных машин электропоездов Укрзализныци, проведено сравнение технических характеристик электродвигателей, фазорасщепителей, делителей напряжения и генераторов, применяемых на электропоездах основных серий разных годов постройки. Проанализировано техническое состояние подвижного состава с точки зрения показателей надежности работы вспомогательных машин.EN: The article presents results of an analysis of the park of auxiliary electric machines of trains of Ukrainian Railways, was made a comparison of technical characteristics of electric motors, splitters of phase, voltage dividers and generators used on trains of the main series of different years of construction. Analyzed the technical condition of the rolling stock in terms of reliability indices of auxiliary machines

Влияние качества питающей электроэнергии на нагревание вспомогательных машин электроподвижного состава переменного тока

Influence of feeding electric energy quality on heating of the auxiliary machines of ac electric rolling stock / O. Y. Baliichuk, l. V. Dubynets, O. M. Dukhnovskyi, O. O. Marenych, O. L. Marenych // Наука та прогрес транспорту. — 2014. — № 3 (51). — P. 34 —41. — Библиогр. в конце ст. — doi: 10.15802/stp2014/25800.EN: Purpose. The article aims to study the problem of increase the reliability of auxiliary machines for AC electric trains during operation in real conditions. Methodology. The peculiarity of system construction of auxiliary machines for AC electric rolling stock is the use of asynchronous motors for general industrial purpose. An engineering method of influence determination on the feeding voltage asymmetry and its deviation from the nominal value on heating of auxiliary machines insulation was proposed. Findings. It is found out that in case when the auxiliary machines of AC electric trains work under asymmetry factor of the voltage 10% or more and feeding voltage deviation from the nominal order 0.6 relative unit then it is possible the overheat of their isolation, even if it has class H. Originality. For the first time the issue of the total insulation heating under such boundary parameters combinations of energy quality, when each of them contributes to the heating insulation increase as compared to the nominal regime of the "rotating phase splitter−auxiliary machinery" system was illuminated. Practical value. Conducted research allow us to establish the boundary parameter values of feeding energy quality (asymmetry factor, feeding voltage deviations from the nominal value), at which additional isolation overheating of this class under the effect of specified factors will not exceed the agreed value.UK: Мета. У роботі необхідно з’ясувати питання щодо підвищення надійності допоміжних машин електропоїздів змінного струму при експлуатації в реальних умовах. Методика. Особливістю побудови систем допоміжних машин електрорухомого складу змінного струму є застосування асинхронних двигунів загальнопромислового призначення. Запропоновано інженерний метод визначення впливу несиметрії живлячої напруги та відхилення її від номінального значення на нагрівання ізоляції допоміжних машин. Результати. Встановлено, що у випадку, коли допоміжні машини електропоїздів змінного струму працюють при коефіцієнті несиметрії напруг 10 % і більше та відхиленні напруги живлення від номінального порядку 0,6 у відносних одиницях, то можливий перегрів їх ізоляції, навіть якщо вона буде мати клас Н. Наукова новизна. Вперше висвітлено питання про сумарний нагрів ізоляції при таких поєднаннях граничних параметрів якості енергії, коли кожен із них сприяє збільшенню нагрівання ізоляції в порівнянні з номінальним режимом системи «обертовий фазорозщеплювач – допоміжні машини». Практична значимість. Проведені дослідження дозволяють встановити граничні значення параметрів якості живлячої електроенергії (коефіцієнта несиметрії, відхилення живлячої напруги від номінального значення), при яких додатковий перегрів ізоляції даного класу під впливом зазначених факторів не перевищуватиме встановленого значення.RU: Цель. В работе необходимо выяснить вопрос касательно повышения надежности вспомогательных машин электропоездов переменного тока при эксплуатации в реальных условиях. Методика. Особенностью построения систем вспомогательных машин электроподвижного состава переменного тока является применение асинхронных двигателей общепромышленного назначения. Предложен инженерный метод определения влияния несимметрии питающего напряжения и отклонения его от номинального значения на нагревание изоляции вспомогательных машин. Результаты. Установлено, что в случае, когда вспомогательные машины электропоездов переменного тока работают при коэффициенте несимметрии напряжений 10 % и более и отклонении питающего напряжения от номинального порядка 0,6 в относительных единицах, то возможен перегрев их изоляции, даже если она будет иметь класс Н. Научная новизна. Впервые освещен вопрос о суммарном нагревании изоляции при таких сочетаниях граничных параметров качества энергии, когда каждый из них способствует увеличению нагревания изоляции по сравнению с номинальным режимом системы «вращающийся фазорасщепитель – вспомогательные машины». Практическая значимость. Проведенные исследования позволяют установить граничные значения параметров качества питающей электроэнергии(коэффициента несимметрии, отклонения питающего напряжения от номинального значения), при которых дополнительный перегрев изоляции данного класса под влиянием указанных факторов не будет превышать установленного значения