Установлено підвищення ефективності рекуперативного гальмування електровозів постійного струму за рахунок планомірного застосування рекуперації зі зменшенням швидкості перед зупинками та місцями обмеження швидкості, особливо на уклонах. Розглянуто доцільність застосування рекуперації замість електропневматичного гальмування на відрізку дільниці гальмування. Розроблено математичну модель для дослідження режиму інтенсивної рекуперації за сучасних умов роботи залізниць України, а також методику вибору відповідних дільниць, охарактеризовано особливості рекуперативного гальмування електровозів ВЛ8, ВЛ10, ДЕ1. Досліджено вплив зміни напруги в контактній мережі на значення магнітного потоку тягових двигунів та енергії рекуперації.

Встановлено, що напруга на струмоприймачі електровоза є випадковим стаціонарним процесом з одновимірним у перерізі розподілом імовірностей за законом Гауса. Запропоновано метод імовірнісного аналізу електромагнітних процесів (за усталених і перехідних режимів роботи) у суттєво нелінійних динамічних стохастичних системах, якими є силові кола електровоза. За цього вхідною дією є випадкова функція напруги на струмоприймачі. Розроблено математичні моделі силових кіл електровоза та на підставі їх числових розрахунків досліджено вплив імовірнісного характеру зміни напруги, початкового усталеного значення тягового струму, степеня послаблення збудження, параметрів вітки шунтування та тривалості зняття напруги на основні перехідні електромагнітні величини за аварійних режимів роботи електровоза. Розроблено методику та визначено параметри малогабаритного, маловагового зі стрічковим осердям індуктивного шунта з потрібною залежністю динамічної індуктивності від струму тягового двигуна.

З урахуванням сучасних умов роботи залізничного транспорту проаналізовано існуючий досвід і схеми рекуперації та встановлено її раціональний режим. Для реалізації даного режиму під час гальмування зі зменшенням швидкості руху поїзда сформульовано аналітичну залежність гальмівної сили від швидкості. Визначено співвідношення між значеннями ваги поїзда та ухилу, за яких можливо реалізувати раціональний режим рекуперації перед місцем обмеження швидкості. Розроблено загальну структуру системи автоматичного керування рекуперативним гальмуванням (САК РГ) з використанням можливостей сучасної елементної бази для реалізації раціонального режиму руху поїзда під час рекуперації зі зменшенням швидкості. Створено математичну модель для дослідження стійкості та перехідних процесів у розробленій системі. Наведено рекомендації щодо побудови системи керування рекуперативним гальмуванням на базі сучасних мікроконтролерів, яка в автоматизованому режимі забезпечує раціональний режим руху поїзда. Наведено оцінку стійкості удосконаленої САК РГ.

Досліджено питання підвищення експлуатаційної надійності робот та здешевлення ремонту силових контактних з'єднань електропневматичних контакторів електровозів постійного струму шляхом заміни чи відновлення мідних контактів композиційними матеріалами (псевдосплавами). Проаналізовано особливості роботи та видів пошкоджень електропневматичних контакторів електровозів. Розроблено двомірну модель і новий спосіб оцінки показників параметричної надійності роботи сильнострумових контактів силових кіл електровозів за критеріями їх зносу та контактного опору з урахуванням кореляційного зв'язку між контактним опором і температурою контактів. Уперше встановлено закономірності зношування силових контактів, що відновлені різними матеріалами, електропневматичних контакторів електровозів постійного струму та зміни їх контактного опору від пробігу, сили та тривалості протікання тягового струму, кількості переключень контакторів за умов реальної експлуатації електровозів. Розроблено модель формування поступових відмов за критерієм зносу, що враховує фізику явищ зношення. На підставі результатів експлуатаційних випробувань розраховано ресурс контактних елементів, відновлених різними матеріалами. З застосуванням методу імовірнісного прогнозування визначено імовірності відмов за критерієм зносу контактів, відновлених напайками з усіх типів досліджених матеріалів за пробіг до ПР 3. Розроблено та впроваджено технологію відновлення контактів псевдосплавом МДК-3. Запропоновано основні операції технології пайки напайок.

Вперше розроблено методи теоретичного й експериментального визначення еквівалентного струму тягових електродвигунів (ТЕД) і теоретичного визначення струму годинного режиму двигунів вентиляторів. Одержано аналітичні залежності між еквівалентним струмом і струмом годинного режиму для ТЕД між струмом годинного режиму та струмом тривалого режиму для двигунів вентиляторів. Запропоновано принципи уніфікації електрообладнання для випробування тягових електричних машин. Вперше знайдено оптимальні параметричні ряди статичних напівпровідникових вольтододатних і лінійних пристроїв випробувальних стендів з використанням цільової функції. Вперше встановлено шляхи визначення функції попиту. Удосконалено задачу підвищення енергетичних показників випробувального обладнання. Встановлено раціональні параметри вольтододатних і лінійних пристроїв.

Розроблено концепцію синтезу мультифункціональних структур багатомодульних контурів перетворення електричної енергії живлення тягових двигунів двовісних промислових електровозів у комплексі синхронно-адаптивного керування за системою багатьох одиниць. Розглянуто методи аналізу електромагнітних процесів з метою дослідження поведінки багатомодульного тягового електротехнічного комплексу за резисторного гальмування з різними видами збудження тягових електродвигунів. Одержано нові співвідношення, які описують зміну гальмівного струму в якорі двигуна й обмотці збудження на періоді модуляції, виведено нові формули для визначення електрорушійної сили двигуна під час гальмування. Встановлено залежність й оцінено рівні впливу відхилень електричних параметрів тягових двигунів багатомодульної електротехнічної системи зі спільним навантаженням на електромеханічні та тягові характеристики окремих тягових модулів і чотиридвигунного комплексу. Одержано нові аналітичні співвідношення, які дозволяють обирати оптимальні параметри фільтрокомпенсувальних пристроїв мінімізації спектра завад, що генеруються ШІП у контактну мережу живлення, зменшення стрибків струму та напруги в складових тягових модулів за комутаційних перемикань і підтримки максимально припустимої напруги живлення на затискачах тягових двигунів у разі її несанкціонованого зникнення.

Створено математичну модель електромагнітних процесів у системі електричної тяги постійного струму в режимі "відрив-піднімання" струмоприймача електрорухомої одиниці. Шляхом числового інтегрування системи диференціальних рівнянь електромагнітного стану одержано залежності перехідних електричних величин у силових колах тягових підстанцій та електровоза.

Розглянуто розроблену автором математичну модель аварійного режиму "зняття - відновлення" напруги на струмоприймачі електровозів постійного струму. Одержані результати дають змогу оцінити електромагнітні процеси в колах тягових електричних двигунів електровозів.

Рассмотрена разработанная автором математическая модель аварийного режима "снятия - восстановления" напряжения на токоприемнике электровозов постоянного тока. Полученные результаты позволяют оценить электромагнитные процессы в цепи тяговых электрическихдвигателей электровозов.

Мathematical model of emergency mode of "removing - reconstruction" voltages on trolley of a direct current electric locomotive is presented. Obtained results allow to evaluate the electromagnetic processes in circuit of the tractive electric engines ofelectric locomotive.

Для снижения избыточной мощности электротранспорта с дискретным регулированием мощности рассмотрена возможность оперативного отключения групп тяговых двигателей в режиме тяги. Выполненные расчеты показывают, что снижение избыточной мощности тягового средства (ТС) позволяет уменьшить расход электроэнергии на тягу за счет снижения потерь электроэнергии от неравномерного электропотребления в системе тяги и силовой цепи ТС.

Надано деякі дані експлуатаційних випробувань накладок струмоприймачів електровозів постійного струму.

Проаналізовано характеристики електровозів ВЛ10 та ВЛ11м, які експлуатуються на Львівській залізниці. Надано оцінку схем формування поїздів з цими електровозами в голові та хвості поїзда на Карпатському перевалі залежно від його ваги. Розглянуто перспективу заміни старих електровозів сучасним російським рухомим складом третього покоління 2ЕС6 та 2ЕС10. Наведено зауваження до взаємодії електровозів 2ЕС6 та 2ЕС10 з контактною мережею на ділянці Львів - Мукачево - Чоп під час експлуатаційних випробовувань на Львівській залізниці. Сформовано рекомендації щодо усунення недоліків під час експлуатації нових струмоприймачів та силової схеми електровозів на рівнинних та гірських ділянках у режимі тяги та рекуперативного гальмування.

Розглянуто задачі підвищення ефективності захисту силових кіл електрорухомого складу залізниць постійного струму від струмів коротких замикань шляхом збільшення швидкодії захисних пристроїв та їх уніфікації. Для розпізнання режиму короткого замикання у колах тягових електродвигунів запропоновано застосування параметра швидкості зміни струму короткого замикання. Зазначено, що на сучасному етапі ця пропозиція може бути реалізована шляхом розробки захисних пристроїв на базі сучасних мікроконтролерів. Встановлено, що швидкість зміни струму потрібно визначати з урахуванням дії вихрових струмів у магнітопроводі тягових електродвигунів та динамічної індуктивності обмоток збудження. Запропоновано метод визначення мінімального значення уставки спрацьовування мікропроцесорних пристроїв захисту кіл тягових електродвигунів електрорухомого складу постійного струму від коротких замикань за критерієм "швидкість зростання струму". Наведено рекомендації щодо використання пристроїв захисту в процесі модернізації діючого електрорухомого складу постійного струму, а також розробки та проектування нових електровозів та електропоїздів постійного струму.

Сопоставлены двунаправленные понижающие DC-DC преобразователи перспективных высоковольтных электровозов постоянного тока. Определены параметры и количество требуемых активных элементов (транзисторов), удельные энергии установленных конденсаторов, ход внешних характеристик и коэффициент полезного действия преобразователей. Сравниваются два вида DC-DC преобразователей, построенных с использованием однофазной мостовой и однофазной полумостовой схем ячеек в многоканальной системе с промежуточным трансформаторным звеном переменного тока повышенной частоты, обеспечивающим гальваническую развязку входных и выходных цепей, также произведено сравнение предложенных DC-DC преобразователей с АС-DC преобразователем (по основным параметрам), построенный по такому же принципу. Рассмотрен вариант двунаправленного бестрансформаторного понижающего DC-DC преобразователя по ленточной схеме с общей шиной входа и выхода. Сравнение опирается на результаты моделирования конверторов в программе PSIM.

Вперше встановлено закономірності впливу частоти модуляції тягового перетворювача електрорухомого складу (ЕРС) з асинхронним тяговим електричним приводом (АТЕП) постійного струму на показники його електромагнітної сумісності (EMC) з системами сигналізації, централізації та блокування (СЦБ) за номінального режиму роботи, що дозволило оцінити ступінь електромагнітного впливу асинхронного приводу та розробити відповідні рекомендації щодо його зниження. Вперше за допомогою удосконаленої імітаційної моделі АТЕП встановлено вплив частоти модуляції на показники EMC з системами СЦБ та мережею зовнішнього електропостачання за неномінальних режимів роботи тягового приводу. Розроблено відповідні рекомендації щодо зниження негативного електромагнітного впливу АТЕП на зазначені системи за умови виникнення розглянутих у роботі неномінальних режимів. При цьому удосконалено модель, яка, на відміну від існуючих, враховує особливості системи тягового електропостачання залізниць постійного струму, а також динамічні показники його функціонування в умовах руху ЕРС по перегону. Вперше встановлено вплив на показники EMC явищ комутаційної асиметрії силових ключів тягового перетворювача ЕРС з АТЕП постійного струму, що дозволяє врахувати їх вплив в процесі розробки рекомендацій щодо зниження негативного електромагнітного впливу.

Запропоновано й обгрунтовано можливість збільшення об'єму рекуперованої електроенергії на електропоїздах постійного струму шляхом розширення їх швидкісного діапазону рекуперації на основі розробки бортової, з ємнісним нагромаджувачем, імпульсної системи регулювання напруги на тягових двигунах. Виконано моніторинг напруг, струмів та швидкостей рекуперації для електропоїздів ЕПЛ2Т, що працюють на ділянках Придніпровської залізниці. За результатами вимірів проведено числові розрахунки складових опору руху, кінетичної енергії та енергії рекуперації електропоїзда ЕПЛ2Т. Наведено основні схемні рішення для розробки бортової імпульсної системи з ємнісним нагромаджувачем.

За последние 20 - 25 лет объем энергии рекуперации электропоездов не превышает 2 % от использованной на тягу, в то же время как возможно возвращать до 10 - 15 %. Одной из причин такого состояния есть неудовлетворительное неэффективное использование электроэнергии, которая рекуперируется и передается в тяговую сеть. Предложено повысить энергетическую эффективность и степень использования электроэнергии рекуперации пригородных электропоездов постоянного тока с помощью бортового емкостного накопителя. Для решения поставленной задачи использованы методы теории электрической тяги и импульсной электротехники, а также методики Правил тяговых расчетов. Изложена методика и численные расчеты электроэнергии, необходимой для разгона электропоезда ЕПЛ2Т после остановки до скоростей 10 - 80 км/час. Более того, выполнено оценку емкости бортового накопителя для двух случаев накопления энергии рекуперации. Научная новизна статьи заключается в том, что предложен и использован новый метод оценки энергии, необходимой для разгона (после остановки) электропоезда до некоторой скорости. Получено аналитическое выражение емкости бортового накопителя электроэнергии, необходимой для пуска электропоезда после остановки. Установлено, что накопленной в бортовом накопителе энергии достаточно для разгона электропоезда до скорости выхода на характеристику полного возбуждения. Предложенный автономный фазовый режим рекуперативного торможения позволяет, во-первых, значительно повысить эффективность использования энергии рекуперации, во-вторых, снизить массогабаритные показатели бортового емкостного накопителя.

Станом на 01.01.2011 р. серед загальної експлуатаційної довжини електрифікованих залізниць України (9877 км) близько половини (4764 км) залишається електрифіковано постійним струмом. При цьому заміна цих ділянок ділянками змінного струму потребує значних капіталовкладень. З урахуванням цього в рамках підвищення ефективності роботи залізниць постійного струму існує тенденція, щодо впровадження в експлуатацію електрорухомого складу з асинхронним тяговим приводом, особливістю якого є статичний перетворювач частоти. Поява у структурі енергоперетворення мережі тягового електропостачання постійного струму принципово нової тягової одиниці викликає підвищений інтерес, щодо її взаємодії з суміжними системами залізниць, а також щодо пошуку можливих шляхів її поліпшення. Розглянуто можливість поліпшення електромагнітної сумісності (ЕМС) таких тягових одиниць з системами СЦБ та мережею зовнішнього електропостачання за рахунок вибору відповідних частот модуляції тягового перетворювача. В результаті одержано такі діапазони частот модуляції, за яких спостерігається максимальне відносне поліпшення характерних для даних систем показників ЕМС і які можуть бути рекомендованими для подальшого застосування за умови подальшого впровадження в експлуатацію електровозів розглянутого типу.