vrgupВестник Ростовского государственного университета путей сообщенияVestnik Rostovskogo Gosudarstvennogo Universiteta Putej Soobshcheniya0201-727XРостовский государственный университет путей сообщения10.46973/0201-727X_2025_2_114vrgup-276Research ArticleПОДВИЖНОЙ СОСТАВ, БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯROLLING STOCK, TRAFFIC SAFETYПовышение качества электроэнергии на токоприёмнике современного отечественного электровоза переменного тока с коллекторным приводомImproving the power quality on the pantograph of a modern domestic alternating current electric locomotive with a collector driveГригоренкоП. В.GrigorenkoP. V.

Григоренко Павел Владимирович, кафедра «Электроподвижной состав», аспирант

Grigorenko Pavel Vladimirovich, Chair “Electric Rolling Stock”, Postgraduate Student

grigorenko.pv@mail.ruМельниченкоО. В.Mel’nichenkoO. V.

Мельниченко Олег Валерьевич, кафедра «Электроподвижной состав», доктор технических наук, профессор

Mel’nichenko Oleg Valerievich, Chair “Electric Rolling Stock”, Doctor of Engineering Sciences, Professor

olegmelnval@mail.ruПортнойА. Ю.PortnoyA. Yu.

Портной Александр Юрьевич, кафедра «Физика, механика и приборостроение», доктор физико-математических наук, доцент

Portnoy Alexander Yurievich, Chair “Physics, Mechanics and Instrument Engineering”, Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor

portnoy_alexander@mail.ruСамойловаА. С.SamoilovaA. S.

Самойлова Анастасия Сергеевна,кафедра «Электроподвижной состав», аспирант 

Samoilova Anastasia Sergeevna, Chair “Electric Rolling Stoc”, Postgraduate Student

a.s.samoilova@mail.ruИркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС)Irkutsk State Transport University (ISTU)20253006202502114125Copyright © Григоренко П.В., Мельниченко О.В., Портной А.Ю., Самойлова А.С., 20252025Григоренко П.В., Мельниченко О.В., Портной А.Ю., Самойлова А.С.Grigorenko P.V., Mel’nichenko O.V., Portnoy A.Y., Samoilova A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.rgups.ru/jour/article/view/276

Рассматриваются проблемы высокого расхода электроэнергии из тяговой сети современными отечественными электровозами переменного тока с коллекторным приводом и низкого качества электроэнергии на их токоприёмниках. Выяснено, что данные проблемы обусловлены наличием в контактной сети реактивной мощности, потребляемой электровозами практически в равных пропорциях с активной, и значительными искажениями напряжения и тока. Предложен новый способ управления плечами выпрямительно-инверторных преобразователей на базе IGBT-транзисторов, позволяющий повысить коэффициент мощности современного отечественного электровоза переменного тока с коллекторным приводом до 0,99 и снизить коэффициенты гармонических составляющих напряжения и тока на его токоприёмнике до 4 и 10 % соответственно. Предлагаемый способ позволит значительно повысить эффективность вождения поездов с применением технологии «Виртуальная сцепка».

The article discusses the problems of high consumption of electricity from the traction network by modern domestic AC electric locomotives with collector drive and low power quality on their pantographs. It was found out that these problems are caused by the presence of reactive power in the contact network, consumed by electric locomotives in almost equal proportions with the active one, and significant distortions of voltage and current. A new method for controlling the arms of rectifier-inverter converters based on IGBT transistors is proposed, which makes it possible to increase the power factor of a modern domestic AC electric locomotive with a collector drive to 0.99 and reduce the coefficients of the harmonic components of voltage and current on its current collector to 4 % and 10 %, respectively. The proposed method will significantly improve the efficiency of driving trains using the "Virtual Coupling" technology.

качество электроэнергиикоэффициент мощностиэнергоэффективностьэлектровоз переменного токавыпрямительно-инверторный преобразовательIGBT-транзисторыколлекторный приводтехнология «Виртуальная сцепка»power qualitypower factorenergy efficiencyalternating current electric locomotiverectifier-inverter converterIGBT transistorscollector driveVirtual Coupling technologyReferencesУказ Президента Российской Федерации от 18.06.2024 г. № 529 // Президент России : официальный сайт. – http://www.kremlin.ru/acts/bank/50755 (дата обращения: 17.04.2025).Decree of the President of the Russian Federation No. 529, dated June 18, 2024 // President of Russia : official website. – 2025. – URL: http://www.kremlin.ru/acts/bank/50755 (date of access: 04/17/2025).Отчеты о функционировании ЕЭС // АО «СО ЕЭС» : официальный сайт. – 2025. – URL: https://www.so-ups.ru/functioning/tech-disc/tech-discups/ (дата обращения: 17.04.2025).Reports on the functioning of the UPS // JSC «SO UPS» : official website. – 2025. – URL: https://www.so-ups.ru/functioning/techdisc/tech-disc-ups/ (date of access: 04/17/2025)Отчеты об устойчивом развитии // ОАО «РЖД» : официальный сайт. – 2025. URL: https://company.rzd.ru/ru/9386/page/103290?id=17643 (дата обращения: 17.04.2025).Reports on sustainable development // JSC Russian Railways : official website. – 2025. – URL: https://company.rzd.ru/ru/9386/page/103290?id=17643 (date of access: 04/17/2025).Технология «Виртуальная сцепка» // ООО «АВП Технология» : официальный сайт. – 2025. – URL: https://avpt.ru/products/virtualnaya-stsepka/ (дата обращения: 17.04.2025).Technology “Virtual Coupling” // LLC «AVP Technology» : official website. – 2025. – URL: https://avpt.ru/products/virtualnayastsepka/ (date of access: 04/17/2025).Эксплуатация и обслуживание электронного и микропроцессорного оборудования тягового подвижного состава / под редакцией И. К. Лакина // Труды Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, Красноярск, 24–25 марта 2020 г. – Красноярск : АО «ДЦВ Красноярской ж.д.», 2020. – 360 с.Operation and maintenance of electronic and microprocessor equipment of traction rolling stock / edited by I. K. Lakin // Proceedings of the All-Russian scientific and practical conference with international participation, Krasnoyarsk, 24–25 March 2020. – Krasnoyarsk : JSC «Road Center for the Implementation of the Krasnoyarsk Railway», 2020. – 360 p.Фролов, Н. О. Электрические железные дороги : методические рекомендации / Н. О. Фролов, Н. Г. Фетисова. – Екатеринбург : Изд-во УрГУПС, 2012. – 93 с.Frolov, N. O. Electric railways : method. recommendations / N. O. Frolov, N. G. Fetisova. – Yekaterinburg : USURT Publishing House, 2012. – 93 p.Мамошин, Р. Р. Энергетика системы переменного тока / Р. Р. Мамошин // Железнодорожный транспорт. – 1987. – № 9. – С. 69–70.Mamoshin, R. R. Power engineering of an alternating current system / R. R. Mamoshin // Railway transport. – 1987. – No. 9. – P. 69–70.Тихменев, Б. Н. Электровозы переменного тока с тиристорными преобразователями / Б. Н. Тихменев, В. А. Кучумов. – Москва : Транспорт, 1988. – 311 с.Tikhmenev, B. N. AC electric locomotives with thyristor converters / B. N. Tikhmenev, V. A. Kuchumov. – Moscow : Transport, 1988. – 311 p.Клинкова, О. А. Внутрисистемный учет электрической энергии и контроль ее качества на электровозах переменного тока : специальность 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы» : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Клинкова Ольга Александровна ; Дальневосточный государственный университет путей сообщения. – Комсомольск-наАмуре, 2008. – 149 с.Klinkova, O. A. In-system accounting of electric energy and control of its quality on electric locomotives of alternating current : specialty 05.09.03 “Electrotechnical complexes and systems” : dissertation for the degree of candidate of technical sciences / Klinkova Olga Aleksandrovna ; Far Eastern State Transport University. – Komsomolsk-onAmur, 2008. – 149 p.Показатели качества потребления энергии в коллекторном и асинхронном тяговых приводах электровозов переменного тока / А. А. Зарифьян, А. М. Евстафьев // Известия Петербургского университета путей сообщения. – 2023. – Т. 20, № 4. – С. 987–998. – DOI 10.20295/1815-588X-2023-4-987-998.Energy consumption quality indicators in collector and asynchronous traction drives of AC electric locomotives / A. A. Zarifyan, A. M. Evstafiev // Proceedings of Petersburg Transport University. – 2023. – Vol. 20, No. 4. – P. 987–998. – DOI 10.20295/1815-588X-2023-4-987-998.Экспериментальное исследование энергетической эффективности асинхронного тягового привода электровозов при изменяющейся нагрузке / А. А. Зарифьян, П. Г. Колпахчьян // Бюллетень результатов научных исследований. – 2023. – № 1. – С. 77–92. – DOI 10.20295/2223-9987-2023-1-77-92.Experimental research of energetic efficiency of electric locomotive asynchronous traction Ddive at changing load/ A. A. Zarifyan, P. G. Kolpakhchyan // Bulletin of scientific research results. – 2023. – No. 1. – P. 7792. – DOI 10.20295/2223-9987-2023-1-77-92.Режимы электротяговой сети при эксплуатации электровозов ВЛ-80р и UTY-1 / А. Т. Бурков, М. М. Мирмаитов // Известия Петербургского университета путей сообщения. – 2016. – Т. 13, № 2. – С. 146–160. – ISSN 1815-588X.Modes of the electric traction network in the operation of VL80p and UTY-1 electric locomotives/ A. T. Burkov, M. M. Mirmaitov // Proceedings of Petersburg Transport University. – 2016. – Vol. 13, No. 2. – P. 146–160. – ISSN 1815-588X.Разработка нового энергосберегающего алгоритма управления ВИП электровоза на IGBT модулях Д. А. Яговкин, О. В. Мельниченко, А. Ю. Портной // Вестник института тяги и подвижногосостава. – 2013. – №. 9. – С. 17–24. – ISBN 9785-262-00710-3.Development of a new energy-saving control algorithm for a RIC electric locomotive based on IGBT modules / D. A. Yagovkin, O. V. Mel’nichenko, A. Yu. Portnoy // Bulletin of the Institute of Traction and Rolling Stock. – 2013. – No. 9. – P. 17–24. – ISBN 978-5-262-00710-3.Новый выпрямительно-инверторный преобразователь для тягового подвижного состава переменного тока с повышенными энергетическими характеристиками в режиме тяги / Д. А. Яговкин, О. В. Мельниченко, А. Ю. Портной, С. Г. Шрамко // Наука и техника транспорта. – 2014. – № 3. – С. 46-51. – ISSN 2074-9325.The new rectifier-inverter converter for AC traction rolling stock with the high power characteristics in a traction mode / D. A. Yagovkin, O. V. Mel’nichenko, A. Yu. Portnoy, S. G. Shramko // Science and technology in transport. – 2014. – No. 3 – P. 46–51. – ISSN 2074-9325.Структура математической модели выпрямительно-инверторного преобразователя на IGBTтранзисторах для электровоза переменного тока в режиме тяги / Д. А. Яговкин, А. Ю. Портной, О. В. Мельниченко [и др.] // Электропривод на транспорте и в промышленности: труды II Всероссийской научно-практической конференции, Хабаровск, 20–21 сентября 2018 года. – Хабаровск : Дальневосточный государственный университет путей сообщения, 2018. – С. 121–129. – ISBN 978-5-262-00831-5.The structure of the mathematical model of a rectifier-inverter converter on IGBT transistors for an alternating current electric locomotive in traction mode / D. A. Yagovkin, A. Yu. Portnoy, O. V. Mel’nichenko and others// Electric drive in transport and industry : proceedings of the 2nd All-Russian scientific and practical conference, Khabarovsk, September 20–21, 2018. – Khabarovsk : FESTU, 2018. – P. 121–129. – ISBN 978-5-262-00831-5.Яговкин, Д. А. Совершенствование выпрямительно-инверторного преобразователя электровоза переменного тока и принципа его управления в режиме тяги 05.22.07 «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация» : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Яговкин Дмитрий Андреевич; Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I. – Иркутск, 2016. – 162 с.Yagovkin, D. A. Improvement of the rectifier-inverter converter of an alternating current electric locomotive and the principle of its control in traction mode 05.22.07 “Railway rolling stock, train traction and electrification” : dissertation for the degree of candidate of technical sciences / Yagovkin Dmitry Andreevich; Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University. – Irkutsk, 2016. – 162 p.Экспериментальный стенд для исследования процессов работы тиристорного и транзисторного выпрямительно-инверторных преобразователей электровоза переменного тока в режиме тяги на высших зонах регулирования / Д. А. Яговкин, О. В. Мельниченко, А. Ю. Портной, С. Г. Шрамко //Вестник ИрГТУ. – 2014. – № 11 (94). – С. 251–259. ISSN 1814-3520.Experimental stand for studying the processes of operation of thyristor and transistor rectifier-inverter converters of an alternating current electric locomotive in traction mode in higher control zones / D. A. Yagovkin, O. V. Mel’nichenko, A. Yu. Portnoy, S. G. Shramko // Bulletin of Irkutsk State Transport University. – 2014. – No. 11 (94). – P. 251–259. – ISSN 1814-3520.Выпрямительно-инверторный преобразователь электровоза на базе IGBT-транзисторов как способ повышения пропускной способности участков же железной дороги / В. Н. Знаенок, А. О.Линьков, О. В. Мельниченко // Известия Транссиба. – 2021. – №. 1 (45). – С. 66–75. – ISSN 2220-4245.Rectifier-inverter converter of an electric locomotive based on IGBT-transistors as a way to increase the capacity A. O. Linkov, O. V. Mel’nichenko of railway sections / V. N. Znaenok, O. V. Mel’nichenko // Izvestiya Transsiba. – 2021. – No. 1 (45). – P. 66–75. – ISSN 2220-4245.Мельниченко, О. В. Повышение энергетической эффективности тяговых электроприводов электровозов переменного тока : 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы» : диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / Мельниченко Олег Валерьевич ; Дальневосточный государственный университет путей сообщения. – Хабаровск, 2015. – 392 с.Melnichenko, O. V. Improving the energy efficiency of traction electric drives of alternating current electric locomotives :05.09.03 “Electrotechnical Complexes and Systems” : dissertation for the degree of doctor of engineering sciences / Mel’nichenko Oleg Valerievich ; Far Eastern State Transport University. – Khabarovsk, 2015. – 392 p.Разработка способа разнесенного управления транзисторными тяговыми преобразователями электровоза на первой зоне регулирования выпрямленного напряжения / П. В. Григоренко, О. В. Мельниченко, А. Ю. Портной, А. С. Самойлова // Известия Петербургского университета путей сообщения. – 2024. – Т. 21, № 1. – С. 252–264. – DOI 10.20295/1815-588X-2024-01-252-264.Development of a method for spaced control of transistor traction converters of an electric locomotive in the first rectified voltage regulation zone O. V. Mel’nichenko, / P. V. Grigorenko, A. Yu. Portnoy, A. S. Samoilova // Proceedings of Petersburg Transport University. – 2024. – Vol. 21, No. 1. – P. 252–264. – DOI 10.20295/1815-588X-2024-01-252-26421Григоренко, П. В. Увеличение пропускной способности железных дорог при повышении коэффициента мощности электровозов и качества электроэнергии тяговой сети / П. В. Григоренко, О. В. Мельниченко, А. С. Самойлова // Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке. – 2024. – Т. 1. – С. 91–96. – ISBN 978-5-262-00975-6.Grigorenko, P. V. Increasing the capacity of railways by an increase in the power factor of electric locomotives and the quality of electricity in the traction network / P. V. Grigorenko, O. V. Mel’nichenko, A. S. Samoilova // Scientific, technical and economic cooperation between Asia-Pacific countries in the 21st century. – 2024. – Vol. 1. – P. 91–96. – ISBN 9785-262-00975-6.Григоренко, П. В. Повышение энергоэффективности электровозов переменного тока для увеличения пропускной способности железных дорог Восточного полигона / П. В. Григоренко, А. С. Самойлова // Молодежная наука : Труды XXVIII Всероссийской студенческой научно-практической конференции, Красноярск, 25 апреля 2024 года. – Красноярск : ФГБОУ ВО ИрГУПС, 2024. – С. 100–105. – ISBN 978-5-907865-01-3.Grigorenko, P. V. Improving the energy efficiency of AC electric locomotives to increase the capacity of the railways of the Eastern polygon / P. V. Grigorenko, A. S. Samoilova // Youth Science : Proceedings of the XXVIII All-Russian student scientific and practical conference, Krasnoyarsk, April 25, 2024. – Krasnoyarsk : ISTU, 2024. – P. 100–105. – ISBN 978-5-907865-01-3.Повышение качества электроэнергии на токоприемнике электровоза переменного тока с транзисторными выпрямительно-инверторными преобразователями в режиме тяги / П. В. Григоренко, О. В. Мельниченко, А. Ю. Портной, А. С. Самойлова // Вестник Уральского государственного университета путей сообщения. – 2024. – № 4 (64). – С. 42–54. – DOI 10.20291/2079-0392-2024-4-42-54.Improving the quality of electricity at current collector of an alternating current electric locomotive with transistor rectifier-inverter converters in traction mode / P. V. Grigorenko, O. V. Mel’nichenko, A. Yu. Portnoy, A. S. Samoilova // Herald of the Ural State University of Railway Transport. – 2024. – No. 4 (64) – P. 42–54. – DOI 10.20291/2079-0392-2024-4-42-54. .

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