omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2023-188-70-76AOCLHBomna-234Research ArticleЭНЕРГЕТИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИКАENERGY AND ELECTRICAL ENGINEERINGВысоконадежный вентильно-индукторный двигатель для системы тягового электропривода железнодорожного подвижного составаHighly reliable switched reluctance motor for the traction electric drive system of railway rolling stockhttps://orcid.org/0000-0002-8883-8021МирошниченкоЕ. Е.MiroshnichenkoE. E.

Мирошниченко Екатерина Евгеньевна - кандидат технических наук, доцент кафедры «Тяговый подвижной состав» РГУПС.

Ростов-на-Дону

AuthorID (РИНЦ) 1097933

AuthorID (SCOPUS) 56584045300

Ekaterina E. Miroshnichenko - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Traction Rolling Stock Department, Rostov State Transport University of Communications.

Rostov-on-Don

AuthorID (RSCI) 1097933

AuthorID (SCOPUS) 56584045300

ekaterinailjasova@rambler.ruРостовский государственный университет путей сообщенияРоссияRostov State Transport UniversityRussian Federation202330122023047076Copyright © Мирошниченко Е.Е., 20232023Мирошниченко Е.Е.Miroshnichenko E.E.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/234

Создание условий для применения вентильно-индукторного двигателя в системе тягового электропривода подвижного состава железных дорог за счет повышения надежности работы его подшипников служит основной целью данной научной статьи. Разработка алгоритма, позволяющего проводить расчеты характеристик тягового вентильно-индукторного двигателя на этапах конструирования и производства, учитывающего силы одностороннего магнитного притяжения, является основной задачей исследований. Изучены силы одностороннего магнитного притяжения, возникающие в воздушном зазоре электродвигателя при двух видах его неравномерности. Отличительная особенность статьи состоит в предложении об ограничении величины силы одностороннего магнитного притяжения величиной силы при предельно допустимом остаточном дисбалансе. По итогам работы получен алгоритм определения характеристик тягового вентильно-индукторного двигателя уникальный в своем роде, позволяющий снизить влияние сил одностороннего магнитного притяжения на подшипники. Заключено, что использование вентильно-индукторного двигателя с длительным сроком службы подшипников в системе тягового электропривода создаст предпосылки для получения нового конкурентоспособного железнодорожного подвижного состава.

The main purpose of this work is to create conditions for the use of switched reluctance motor in the traction electric drive system of rolling stock by increasing the reliability of its bearings. The object of the study is the traction switched reluctance motor. The task has been set, which consists in developing an algorithm that allows to calculate the characteristics of the traction switched reluctance motor at the stages of design and production, taking into account the forces of a one-way magnetic attraction. The forces of one-way magnetic attraction, arising in the air gap of the electric motor with two types of its non-uniformity are studied. A proposal has been made to limit the force of the one-way magnetic attraction to a force at a permissible residual imbalance. As a result, an algorithm for determining the characteristics of the traction switched reluctance motor is unique in its kind, which makes it possible to reduce the effect of forces of the one-way magnetic attraction on bearings. The use of switched reluctance motor with a long service life of bearings in the traction drive system will make it possible to obtain a new competitive rolling stock.

железнодорожный подвижной составтяговый вентильно-индукторный электродвигательсила одностороннего электромагнитного притяжениясила дисбалансаподшипникинадежностьrailway rolling stocktraction switched reluctance electric motorforce of a one-way magnetic attractionunbalance forcebearingsreliabilityReferencesРомановский В. В., Никифоров Б. В., Макаров А. М. Вентильно-индукторный привод ВИП-1000-1100 в системе электродвижения // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала Макарова. 2019. Т. 11, № 3. С. 573–580. DOI: 10.21821/2309-5180-2019-11-3-573-581.Romanovskiy V. V., Nikiforov B. V., Makarov A. M. Ventil’no-induktornyy privod VIP-1000-1100 v sisteme elektrodvizheniya [Switched reluctance drive SRD-1000-1100 in the electromotive systems] // Vestnik gosudarstvennogo universiteta morskogo i rechnogo flota imeni admirala Makarova. Bulletin of the State University of the Sea and River Fleet named after Admiral Makarov. 2019. Vol. 11, no 3. P. 573–580. DOI: 10.21821/2309-5180-2019-11-3-573-581. (In Russ.).Темирев А. П., Нгуен К. К. Исследование вентильно-индукторного двигателя большой мощности двухпакетной конструкции для пульповых насосов ГРАТ-1800/67 горнорудного оборудования // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2017. № 1. С. 54–62.Temirev A. P., Nguyen K. K. Issledovaniye ventil’no-induktornogo dvigatelya bol’shoy moshchnosti dvukhpaketnoy kostruktsii dlya pul’povykh nasosov GRAT-1800/67 gornorudnogo oborudovaniya [Research of the high power two-package switched reluctance motor for pulp pumps GRAT-1800/67 of a mining equipment] // Izvestiya SPbGETU «LETI». Proceedings of Saint Petersburg Electrotechnical University. 2017. No. 1. P. 54–62. (In Russ.).Никифоров Н. В., Пахомин С. А., Птах Г. К. Вентильно-индукторные двигатели для тяговых электроприводов // Электричество. 2007. № 2. С. 34–38.Nikiforov N. V., Pakhomin S. A., Ptakh G. K. Ventil’no-induktornyye dvigateli dlya tyagovykh elektroprivodov [Switched reluctance motor for traction electric drives] // Elektrichestvo. Electricity. 2007. No. 2. P. 34–38. (In Russ.).Fang G., Scalcon F. P., Xiao D. [et al.] Advance control of switched reluctance motors (SRMs): a review on current regulation, torque control and vibration suppression // IEEE Open Journal of Industrial Electronics Society. 2021. № 2. P. 280–301. DOI: 10.1109/OJIES.2021.3076807.Fang G., Scalcon F. P., Xiao D. [et al.] Advance control of switched reluctance motors (SRMs): a review on current regulation, torque control and vibration suppression // IEEE Open Journal of Industrial Electronics Society. 2021. № 2. P. 280–301. DOI: 10.1109/OJIES.2021.3076807. (In Engl.).Бруслиновский Б. В., Евтодий А. А. Снижение шума вентильно-индукторного двигателя при широтно-импульсном управлении со случайным изменением параметров // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2015. № 8. С. 38–46.Bruslinovskiy B. V., Evtodiy A. A. Snizheniye shchuma ventil’no-induktornogo dvigatelya pri shirotno-impul’snom upravlenii so sluchaynym izmeneniyem parametrov [Acoustic noise reduction in the switched reluctance motors using the puls-width modulation with the random switching strategy] // Izvestiya SPbGETU «LETI». Proceedings of Saint Petersburg Electrotechnical University. 2015. No 8. P. 38–46. (In Russ.).Анучин А. С. Разработка цифровых систем эффективного управления комплектов тягового электрооборудования гибридных электрических транспортных средств: дис. … д-ра. техн. наук. Москва, 2018. 445 с.Anuchin A. S. Razrabotka tsifrovykh sistem effektivnogo upravleniya komplektov tyagovogo elektrooborudovaniya gibridnykh elektricheskikh transportnykh sredstv [Development of digital systems for effective control of traction electrical equipment for hybrid electric vehicles]. Moscow, 2018. 445 p. (In Russ.).Chun G., Jianhua W., Mengjie S. [et al]. Investigation of Skewing Effects on the Vibration Reduction of Three-Phase Switched Reluctance Motors // IEEE Transactions on Magnetic. 2015. Vol. 51, № 9. P. 1–9. DOI: 10.1109/TMAG.2015.2441035.Chun G., Jianhua W., Mengjie S. [et al]. Investigation of Skewing Effects on the Vibration Reduction of Three-Phase Switched Reluctance Motors // IEEE Transactions on Magnetic. 2015. Vol. 51, no. 9. P. 1–9. DOI: 10.1109/TMAG.2015.2441035. (In Engl.).Isfahani A. H., Fahimi B. Comparison of Mechanical Vibration Between a Double-Stator Switched Reluctance Machine and a Conventional Switched Reluctance Machine // IEEE Transactions on Magnetic. 2014. Vol. 50, № 2. P. 293–296. DOI: 10.1109/TMAG.2013.2286569.Isfahani A. H., Fahimi B. Comparison of Mechanical Vibration Between a Double-Stator Switched Reluctance Machine and a Conventional Switched Reluctance Machine // IEEE Transactions on Magnetic. 2014. Vol. 50, no. 2. P. 293–296. DOI: 10.1109/TMAG.2013.2286569. (In Engl.).Lin F-C., Yang S-M. Analysis and modeling of the radial orce in a switched reluctance motor with sinusoidal excitations // The Fifth International Conference on Power Electronics and Drive Systems. 2003. Vol. 2. P. 938–943. DOI: 10.1109/PEDS.2003.1283094.Lin F-C., Yang S-M. Analysis and modeling of the radial force in a switched reluctance motor with sinusoidal excitations // The Fifth International Conference on Power Electronics and Drive Systems. 2003. Vol. 2. P. 938–943. DOI: 10.1109/PEDS.2003.1283094. (In Engl.).Lin F-C., Yang S-M. Instantaneous Shaft Radial Force Control with Sinusoidal Excitations for Switched Reluctance Motors // Conference Record of the 2004 IEEE Industry Applications Conference, 2004. 39th IAS Annual Meeting. Seattle. WA. USA. 2004. P. 424–430. DOI: 10.1109/IAS.2004.1348442.Lin F-C., Yang S-M. Instantaneous Shaft Radial Force Control with Sinusoidal Excitations for Switched Reluctance Motors // Conference Record of the 2004 IEEE Industry Applications Conference, 2004. 39th IAS Annual Meeting. Seattle. WA. USA. 2004. P. 424–430. DOI: 10.1109/IAS.2004.1348442. (In Engl.).Zhu Z. Q., Liu X., Pan Z. Analytical model for predicting maximum reduction levels of vibration and noise in switched reluctance machine by active vibration cancellation // IEEE Trans. Energy Convers. 2011. Vol. 26, № 1. P. 36–45. DOI: 0.1109/TEC.2010.2087336.Zhu Z. Q., Liu X., Pan Z. Analytical model for predicting maximum reduction levels of vibration and noise in switched reluctance machine by active vibration cancellation // IEEE Trans. Energy Convers. 2011. Vol. 26, no. 1. P. 36–45. DOI: 0.1109/TEC.2010.2087336. (In Engl.).Makino H., Kosaka T., Matsui N. Digital PWM-control-based active vibration cancellation for switched reluctance motors // IEEE Transactions on Industry Applications. 2015. Vol. 51, № 6. P. 4521–4530. DOI: 10.1109/TIA.2015.2448065.Makino H., Kosaka T., Matsui N. Digital PWM-control-based active vibration cancellation for switched reluctance motors // IEEE Transactions on Industry Applications. 2015. Vol. 51, no. 6. P. 4521–4530. DOI: 10.1109/TIA.2015.2448065. (In Engl.).Cao X., Deng Z., Yang G. [et al.] Independent control of average torque and radial force in bearingless switched-reluctance motors with hybrid excitations // IEEE Transactions on Power Electronics. 2009. Vol. 24, № 5. P. 1376–1385. DOI: 10.1109/TPEL.2009.2016568.Cao X., Deng Z., Yang G. [et al.] Independent control of average torque and radial force in bearingless switched-reluctance motors with hybrid excitations // IEEE Transactions on Power Electronics. 2009. Vol. 24, no. 5. P. 1376–1385. DOI: 10.1109/TPEL.2009.2016568. (In Engl.).ГОСТ 24810-2013. Подшипники качения. Внутренние зазоры. Введ. 2015–01–01. Москва: Стандартинформ, 2014. 19 с.GOST 24810-2013. Podshipniki kacheniya. Vnutrenniye zazory [Rolling bearings. Internal clearances]. Moscow, 2014. 19 p. (In Russ.).ГОСТ ИСО1940-1-2007. Вибрация. Требования к качеству балансировки жестких роторов. Часть 1. Определение допустимого дисбаланса. Введ. 2008–07–01. Москва: Стандартинформ. 2008. 27 с.GOST ISO 1940-1-2007. Vibratsiya. Trebovaniya k kachestvu balansirovki zhestkikh rotorov. Chast′ 1. Opredeleniye dopustimogo disbalansa [Vibration. Balance quality requirements for rotors in a constant (rigid) state. Part 1. Specification and verification of balance tolerances]. Moscow, 2008. 27 p. (In Russ.).Глинкин С. А., Захаров А. В. Опыт конструирования и освоения производства опытно-промышленной партии вентильно-индукторных двигателей // Вестник ИГЭУ. 2015. Вып. 1. С. 14–19.Glinkin S. A., Zakharov A. V. Opyt konstruirovaniya i osvoyeniya proizvodstva opytno-promyshlennoy partii ventil′no-induktornykh dvigateley [Experience of designing and mastering the production of a pilot-batch of switched-reluctance motors] // Vestnik IGEU. Vestnik ISPEU. 2015. No. 1. P. 14–19. (In Russ.).Мирошниченко Е. Е. Оценка влияния сил одностороннего магнитного притяжения на надежность подшипникового узла вентильно-индукторной электрической машины // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2022. Т. 22, № 3. С. 39–51. DOI: 10.14529/power220305.Miroshnichenko E. E. Otsenka vliyaniya sil odnostoronnego magnitnogo prityazheniya na nadezhnost′ podshipnikovogo uzla ventil′no-induktornoy elektricheskoy mashiny [Assessing the influence of one-way magnetic attraction forces on the reliability of the bearing unit of a switched reluctance electric machine] // Vestnik Yuzhno-Ural′skogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Energetika. Bulletin of the South Ural State University. Series Power Engineering. 2022. Vol. 22, no. 3. P. 39–51. DOI: 10.14529/power220305. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.