vrgupВестник Ростовского государственного университета путей сообщенияVestnik Rostovskogo gosudarstvennogo universiteta putej soobŝeniâ0201-727XРостовский государственный университет путей сообщения10.46973/0201-727X_2026_2_96vrgup-333Research ArticleПОДВИЖНОЙ СОСТАВ, БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯROLLING STOCK, TRAFFIC SAFETYАрхитектура и алгоритм функционирования автоматизированной системы оценки остаточного ресурса изоляции тягового электродвигателя по эксплуатационным циклограммамArchitecture and functioning algorithm of the automated system for assessing the residual life of traction motor insulation based on operational cyclogramsДульскийЕ. Ю.DulskyE. Yu.

Дульский Евгений Юрьевич, кафедра «Электроэнергетика», доктор технических наук, доцент

Dulsky Evgeny Yuryevich, Chair “Electrical Power Engineering”, Doctor of Engineering Sciences, Associate Professor

Dulskiy_eu@irgups.ruИвановП. Ю.IvanovP. Yu.

Иванов Павел Юрьевич, кафедра «Транспортное машиностроение», доктор технических наук, доцент

Ivanov Pavel Yuryevich, Chair “Transport Engineering”, Doctor of Engineering Sciences, Associate Professor

Ivanov_PYU@irgups.ruИвановВ. Н.IvanovV. N.

Иванов Владимир Николаевич, кафедра «Транспортное машиностроение», кандидат технических наук, доцент

Ivanov Vladimir Nikolaevich, Chair “Transport Engineering”, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor

Ivanov_vn@irgups.ruПронинК. Е.ProninK. E.

Пронин Константин Евгеньевич, кафедра «Транспортное машиностроение», аспирант

Pronin Konstantin Evgenievich, Chair “Transport Engineering”, Postgraduate Student

pronin_ke@irgups.ruИркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС)РоссияIrkutsk State Transport University (IrGUPS)Russian Federation2026290720260296–104Copyright © Дульский Е.Ю., Иванов П.Ю., Иванов В.Н., Пронин К.Е., 20262026Дульский Е.Ю., Иванов П.Ю., Иванов В.Н., Пронин К.Е.Dulsky E.Y., Ivanov P.Y., Ivanov V.N., Pronin K.E.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/333

Предложены архитектура и алгоритм функционирования автоматизированной системы оценки остаточного ресурса изоляции тягового электродвигателя (ТЭД) НБ-514Е электровозов 3ЭС5К по эксплуатационным циклограммам нагружения. Необходимость разработки такой системы связана с тем, что применяемый на практике периодический контроль сопротивления изоляции и локальный контроль отдельных параметров не позволяют учитывать термическую историю работы двигателя и своевременно оценивать накопленный тепловой износ изоляции. В качестве вычислительного ядра системы используется цифровой двойник теплового состояния, обеспечивающий расчет перегрева в контролируемых и труднодоступных зонах, формирование виртуальных температурных оценок, сравнение расчетных и нормативных значений, а также прогноз остаточного ресурса. В структуру системы включены подсистема сбора эксплуатационных данных, модуль формирования циклограмм, блок сравнения данных и модуль принятия решений. Отличительной особенностью предложенного подхода является использование фактической токовой нагрузки электровоза для периодического уточнения теплового состояния ТЭД и последующего перехода от диагностики перегрева к прогнозной оценке износа изоляции. Результатом работы являются формализованные структура и алгоритм системы, ориентированные на применение в задачах мониторинга, диагностики и поддержки эксплуатационных решений.

This article proposes the architecture and operating algorithm of an automated system for assessing the residual life of NB-514E traction electric motor (TEM) insulation on 3ES5K electric locomotives using operational load cyclograms. The need for such a system arises from the fact that the periodic insulation resistance monitoring and local monitoring of individual parameters used in practice do not allow for the consideration of the motor's thermal history and the timely assessment of accumulated thermal deterioration of the insulation. The system's computing core utilizes a digital twin of the thermal state, enabling the calculation of overheating in controlled and hard-to-reach areas, the generation of virtual temperature estimates, the comparison of calculated and standard values, and the prediction of the remaining life. The system structure includes an operational data collection subsystem, a cyclogram generation module, a data comparison unit, and a decision-making module. A distinctive feature of the proposed approach is the use of the locomotive's actual current load to periodically update the TEM's thermal state and the subsequent transition from overheating diagnostics to a predictive assessment of insulation deterioration. The result of the work is a formalized structure and algorithm of the system, oriented towards application in tasks of monitoring, diagnostics and support of operational decisions.

автоматизированный мониторингтяговый электродвигательостаточный ресурс изоляциицифровой двойник теплового состоянияциклограмма нагружениятепловое старениеконечно-элементное моделированиепринятие управляющих решенийсистема поддержки эксплуатацииautomated monitoringtraction electric motorresidual insulation lifedigital twin of thermal stateload cyclogramthermal agingfinite element modelingcontrol decision-makingoperational support systemReferencesСистема мониторинга состояния изоляции / Е. Ю. Дульский, П. Ю. Иванов, А. А. Хамнаева [и др.] // Железнодорожный транспорт. – 2021. – № 3. – С. 50–52. – EDN EGIKNL.1 Insulation condition monitoring system / E. Yu. Dulsky, P. Yu. Ivanov, A. A. Khamnaeva [et al.] // Railway transport. – 2021. – No. 3. – P. 50–52. – EDN EGIKNL.Иванов, П. Ю. Состояние вопроса надёжности и долговечности изоляции асинхронных вспомогательных машин / П. Ю. Иванов, Е. Ю. Дульский, А. М. Худоногов // Известия Транссиба. – 2015. – № 2(22). – С. 2–6. – EDN UDYIBX.2 Ivanov, P. Yu. State of the art of reliability and durability of insulation of asynchronous auxiliary machines / P. Yu. Ivanov, E. Yu. Dulsky, A. M. Khudonogov // Journal of Transsib Railway Studies. – 2015. – No. 2 (22). – P. 2–6. – EDN UDYIBX.Иванов, П. Ю. Современные направления развития систем мониторинга состояния изоляции асинхронных электродвигателей / П. Ю. Иванов, Е. Ю. Дульский, А. М. Худоногов // Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2016. – Т. 20, № 12 (119). – С. 146–154. – DOI 10.21285/1814-3520-2016-12-146-154.3 Ivanov, P. Yu. Modern directions of development of systems for monitoring the insulation condition of asynchronous electric motors / P. Yu. Ivanov, E. Yu. Dulsky, A. M. Khudonogov // Bulletin of Irkutsk State Technical University. – 2016. – Vol. 20, No. 12 (119). – P. 146–154. – DOI 10.21285/1814-3520-2016-12-146-154.Иванов, П. Ю. Локальный перегрев изоляции асинхронных вспомогательных машин электровозов в переходных режимах работы / П. Ю. Иванов, Е. Ю. Дульский, А. М. Худоногов // Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2016. – Т. 20, № 11 (118). – С. 194–200. – DOI 10.21285/1814-3520-2016-11-194-200.4 Ivanov, P. Yu. Local overheating of insulation of asynchronous auxiliary machines of electric locomotives in transient operating modes / P. Yu. Ivanov, E. Yu. Dulsky, A. M. Khudonogov // Bulletin of Irkutsk State Technical University. – 2016. – Vol. 20, No. 11 (118). – P. 194–200. – DOI 10.21285/1814-3520-2016-11-194-200.Аболмасов, А. А. Совершенствование методов диагностирования электрических машин локомотивов по данным микропроцессорных систем управления / А. А. Аболмасов, Д. О. Лисин, В. А. Мельников // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. – 2019. – № 3 (63). – С. 69–75. – DOI 10.26731/1813-9108.2019.3(63).69-75.5 Abolmasov, A. A. Improving the methods for diagnosing locomotive electric machines based on data from microprocessor control systems / A. A. Abolmasov, D. O. Lisin, V. A. Melnikov // Modern technologies. Systems analysis. Modeling. – 2019. – No. 3 (63). – P. 69–75. – DOI 10.26731/1813-9108.2019.3(63).69-75.Андрончев, И. К. Совершенствование трактовки диагностической информации при оценке технического состояния тяговых двигателей электроподвижного состава / И. К. Андрончев, И. П. Гордеев, А. С. Тычков, П. В. Шепелин // Вестник транспорта Поволжья. – 2020. – № 3 (81). – С. 7–13.6 Andronchev, I. K. Improving the interpretation of diagnostic information when assessing the technical condition of traction motors of electric rolling stock / I. K. Andronchev, I. P. Gordeev, A. S. Tychkov, P. V. Shepelin // Vestnik transporta Povolzhya. – 2020. – No. 3 (81). – P. 7–13.Завидей, В. И. Современные методы мониторинга и технического диагностирования электрических машин / В. И. Завидей, И. В. Путилова, В. А. Старшинов // Экспозиция Нефть Газ. – 2023. – № 4. – С. 38–44. – DOI 10.24412/2076-6785-2023-4-38-44.7 Zavidey, V. I. Modern methods of monitoring and technical diagnostics of electrical machines / V. I. Zavidey, I. V. Putilova, V. A. Starshinov // Oil Gas Expo. – 2023. – No. 4. – P. 38–44. – DOI 10.24412/2076-6785-2023-4-38-44.Харламов, В. В. Тестирование межвитковой изоляции якорной обмотки тягового электродвигателя по методу волнового отклика / В. В. Харламов, П. К. Шкодун, И. В. Шестаков // Известия Транссиба. – 2015. – № 2 (22). – С. 39–45.8 Kharlamov, V. V. Testing of interturn insulation of the armature winding of a traction electric motor using the wave response method / V. V. Kharlamov, P. K. Shkodun, I. V. Shestakov // Journal of Transsib Railway Studies. – 2015. – No. 2 (22). – P. 39–45.Digital Twin in Industry : State-of-the-Art / F. Tao, H. Zhang, A. Liu, A. Y. C. Nee // IEEE Transactions on Industrial Informatics. – 2019. – Vol. 15, No. 4. – P. 2405–2415. – DOI 10.1109/TII.2018.2873186.9 Digital Twin in Industry : State-of-the-Art / F. Tao, H. Zhang, A. Liu, A. Y. C. Nee // IEEE Transactions on Industrial Informatics. – 2019. – Vol. 15, No. 4. – P. 2405–2415. – DOI 10.1109/TII.2018.2873186.Digital Twin : Enabling Technologies, Challenges and Open Research / A. Fuller, Z. Fan, C. Day, C. Barlow // IEEE Access. – 2020. – Vol. 8. – P. 108952–108971. – DOI 10.1109/ACCESS.2020.2998358.10 Digital Twin : Enabling Technologies, Challenges and Open Research / A. Fuller, Z. Fan, C. Day, C. Barlow // IEEE Access. – 2020. – Vol. 8. – P. 108952–108971. – DOI 10.1109/ACCESS.2020.2998358.Falekas, G. Digital Twin in Electrical Machine Control and Predictive Maintenance : State-of-the-Art and Future Prospects / G. Falekas, A. Karlis // Energies. – 2021. – Vol. 14, No. 18. – P. 5933. – DOI 10.3390/en14185933.11 Falekas, G. Digital Twin in Electrical Machine Control and Predictive Maintenance : State-of-the-Art and Future Prospects / G. Falekas, A. Karlis // Energies. – 2021. – Vol. 14, No. 18. – P. 5933. – DOI 10.3390/en14185933.Condition Monitoring of Industrial Electric Machines : State of the Art and Future Challenges / S. B. Lee, G. C. Stone, J. Antonino-Daviu [et al.] // IEEE Industrial Electronics Magazine. – 2020. – Vol. 14, No. 4. – P. 158–167. – DOI 10.1109/MIE.2020.3016138.12 Condition Monitoring of Industrial Electric Machines : State of the Art and Future Challenges / S. B. Lee, G. C. Stone, J. Antonino-Daviu [et al.] // IEEE Industrial Electronics Magazine. – 2020. – Vol. 14, No. 4. – P. 158–167. – DOI 10.1109/MIE.2020.3016138.

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