Устройство индукционного отбора мощности от контактной сети железной дороги для систем освещения
DOI:
https://doi.org/10.24160/0013-5380-2026-1-42-51Ключевые слова:
энергосбережение, электроснабжение, освещение, электрифицированный железнодорожный транспорт переменного тока, индукционный способ, тяговый ток, несущий тросАннотация
Статья посвящена разработке энергосберегающего устройства электроснабжения системы освещения платформ электрифицированного железнодорожного транспорта переменного тока. С помощью устройства необходимая электрическая энергия «отбирается» индукционным (бесконтактным) способом от тока несущего троса контактной сети. Устройство состоит из трубчатого герметичного корпуса, внутри которого расположен ферромагнитный шихтованный цилиндрический сердечник с электрической обмоткой, подсоединенной к системе освещения платформы. Несущий трос проходит через внутреннюю полость сердечника. Построена модель системы тягового электроснабжения одной межподстанционной зоны однопутного участка с двусторонним питанием и одним электровозом на этом участке. Результаты расчетов, выполненные (в предположении синусоидально изменяющихся магнитных полей, напряжений и токов) в пакете COMSOL MULTIPHYSICS, показали, что пять последовательно соединенных разработанных устройств при токе в несущем тросе 140 А обеспечивают питание системы освещения платформы напряжением 220 В, состоящей из 10 светодиодных светильников мощностью 100 Вт каждый. Для верификации полученных результатов проведено дополнительное моделирование в программном комплексе ELCUT. Показано, что при больших значениях тока в несущем тросе необходимо учитывать нелинейные свойства ферромагнитного сердечника из-за их влияния на форму напряжения, индуцированного в обмотке разработанного устройства.
Библиографические ссылки
1. Kurs A. et al. Wireless Power Transfer Via Strongly Coupled Magnetic Resonances. – Science, 2007, vol. 317 (5834), pp. 83–86.
2. Аполлонский С.М. Проблемы электромагнитной совместимости в электроэнергетической железнодорожной системе. – Транспортные системы и технологии, 2015, № 2, с. 110–126.
3. Кадомская К.П. и др. Электромагнитная совместимость каналов передачи электроэнергии с биосферой. – Труды Кольского научного центра РАН. Энергетика, 2011, № 1, с. 9–28.
4. Пат. RU 2844668 C1. Несущий трос контактной сети железной дороги / К.К. Ким, И.М. Карпова, 2025.
5. Евразийский патент № 049777. Токопроводящая струна для крепления контактного провода на несущем тросе контактной подвески / К.К. Ким, И.М. Карпова, П.К. Рыбин, 2025.
6. Гринченко В.С., Чунихин К.В. Экранирование однородного переменного магнитного поля электропроводящим кольцом. – Теоретична електротехніка та електрофізика, 2015, № 2, с. 31–34.
7. Кудряшов Е.В. Механические расчеты контактных подвесок на основе статических конечноэлементных моделей. – Известия Петербургского университета путей сообщения, 2010, № 3 (24), c. 258–269.
8. Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. Расчет индуктивностей. Л.: Энергоиздат. Ленинградское отделение, 1986, 488 c.
9. Терлецкий С.Г., Мамаев А.Р. Этапы имитационного моделирования системы тягового электроснабжения. – Научные достижения и открытия 2020. Сб. статей XIII Международного научно-исследовательского конкурса, Пенза: Изд-во Наука и Просвещение, 2020, c. 46–51.
10. Шаманов В.И., Трофимов Ю.А. Параметры рельсовых линий в задачах электромагнитной совместимости. – Современные технологии. Системный анализ. Моделирование, 2015, № 4 (48), с. 196–203.
11. Шаманов В.И. Расчеты помех от тягового тока в неоднородных рельсовых линиях. – Автоматика на транспорте, 2020, т. 6, № 3, с. 241–267.
12. Смолин П.И., Ребров И.А. Исследование модели растекания тока по рельсовым нитям на безбалластном пути в системе тягового электроснабжения. – I Межд. научная конф. «Железная дорога: путь в будущее», 2022, с. 176–182.
13. Аполлонский С.М., Куклев Ю.В., Фролов В.Я. Электрические аппараты управления и автоматики. СПб.: Лань, 2021, 256 с.
14. Ким К.К. и др. Метрология, стандартизация, сертификация и электроизмерительная техника. СПб.: ПИТЕР, 2006, 367 с.
15. Дубицкий С.Д. Инженерное моделирование квазистатического электромагнитного поля в программе ELCUT для задач электроники. – Силовая электроника, 2017, № 6, с. 64–68.
---
Исследования выполнялись в рамках научного проекта № 24-29-00159 в рамках гранта, предоставленного Российским Научным Фондом на 2024 – 2025 гг. по результатам конкурса 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».
#
1. Kurs A. et al. Wireless Power Transfer Via Strongly Coupled Magnetic Resonances. – Science, 2007, vol. 317 (5834), pp. 83–86.
2. Apollonskiy S.M. Transportnye sistemy i tekhnologii – in Russ. (Transport Systems and Technologies), 2015, No. 2, pp. 110–126.
3. Kadomskaya K.P. et al. Trudy Kol’skogo nauchnogo tsentra RAN. Energetika – in Russ. (Proceedings of the Kola Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. Energy Industry), 2011, No. 1, pp. 9–28.
4. Pat. RU 2844668 C1. Nesushchiy tros kontaktnoy seti zheleznoy dorogi (Supporting Cable of the Railway Contact Network) / K.K. Kim, I.M. Karpova, 2025.
5. Eurasian Patent No. 049777. Tokoprovodyashchaya struna dlya krepleniya kontaktnogo provoda na nesushchem trose kontaktnoy podveski (A Conductive String for Attaching the Contact Wire to the Supporting Cable of the Contact Suspension) / K.K. Kim, I.M. Karpova, P.K. Rybin, 2025.
6. Grinchenko V.S., Chunihin K.V. Teoretichna elektrotekhnіka ta elektrofіzika – in Ukranian (Theoretical Electrical Engineering and Electrophysics), 2015, No. 2, pp. 31–34.
7. Kudryashov E.V. Izvestiya Peterburgskogo universiteta putey soobshcheniya – in Russ. (Proceedings of the St. Petersburg University of Railway Communications), 2010, No. 3 (24), c. 258–269.
8. Kalantarov P.L., Tseytlin L.A. Raschet induktivnostey (Cal-culation of Inductors). L.: Energoizdat. Leningradskoe otdelenie, 1986, 488 c.
9. Terletskiy S.G., Mamaev A.R. Nauchnye dostizheniya i otkrytiya 2020. Sb. statey XIII Mezhdunarodnogo nauchno-issledovatel’skogo konkursa (Scientific Achievements and Discoveries 2020. Collection of Articles of the XIII International Scientific Research Competition), Penza: Izd-vo Nauka i Prosveshchenie, 2020, c. 46–51.
10. Shamanov V.I., Trofimov Yu.A. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyy analiz. Modelirovanie – in Russ. (Modern Technologies. System Analysis. Simulation), 2015, No. 4 (48), pp. 196–203.
11. Shamanov V.I. Avtomatika na transporte – in Russ. (Avtomatika na transporte), 2020, vol. 6, No. 3, pp. 241–267.
12. Smolin P.I., Rebrov I.A. I Mezhd. nauchnaya konf. «Zheleznaya doroga: put’ v budushchee» – in Russ. (I Int. Scientific Conf. "Railway: The Way to the Future"), 2022, pp. 176–182.
13. Apollonskiy S.M., Kuklev Yu.V., Frolov V.Ya. Elektricheskie apparaty upravleniya i avtomatiki (Electrical Control and Automation Devices). SPb.: Lan’, 2021, 256 p.
14. Kim K.K. et al. Metrologiya, standartizatsiya, sertifikatsiya i elektroizmeritel’naya tekhnika (Metrology, Standardization, Certifi-cation and Electrical Measuring Equipment). SPb.: PITER, 2006, 367 p.
15. Dubitskiy S.D. Silovaya elektronika – in Russ. (Power Electronics), 2017, No. 6, pp. 64–68
---
The research was carried out within the framework of scientific project No. 24-29-00159 under a grant provided by the Russian Science Foundation for 2024–2025 based on the results of the 2023 competition “Conducting fundamental scientific research and exploratory scientific research by small individual scientific teams.”
