Дослiджено режими роботи однофазного 4qs-перетворювача з широтно-iмпульсною модуляцiєю в складi електрорухомого складу змiнного струму. Розроблено методу визначення параметрiв ШIМ, при яких реалiзується оптимальний за критерiєм мiнiмiзацiї величини реактивної потужностi в системi «локомотив -тягова мережа» режим роботи перетворювача.Особливостями запропонованої методи є роздiлення процесу визначення оптимальних параметрiв ШIМ на 2 етапи, що дозволяє видалити з iмiтацiйної моделi непотрiбнi на даному етапi блоки та зменшити сумарний час моделювання. На першому етапi визначаються значення коефiцiєнту потужностi та струму ланки постiйного струму в усьому дiапазонi коефiцiєнтiв модуляцiї та зсуву мiж мережевим струмом та опорним синусоїдальним сигналом. Далi, з отриманого масиву даних видiляються пари значень параметрiв ШIМ, за яких реалiзується найвищiй коефiцiєнт потужностi системи «електровоз -тягова мережа», та заносяться до табличною системи завдання параметрiв ШIМ. На другому етапi визначається залежностi електричних втрат, а, отже, й ККД, та коефiцiєнту нелiнiйних спотворювань мережевого струму вiд тактової частоти перетворювачi. Визначення електричних втрат ґрунтується на обчисленнi енергiї, що була розсiяна протягом 1 с на IGBT-транзисторi та снаберному резисторi в залежностi вiд миттєвих значень струму через них. Для знаходження параметрiв ШIМ за наведеною методою розроблено iмiтацiйну модель 4qs-перетворювача, проведено iдентифiкацiю параметрiв ШIМ перетворювача електровозу для тестової задачi. Визначено, що енергетичнi показники перетворювача залежать нелiнiйно вiд трьох керуючих величин, що є параметрами ШIМ: коефiцiєнту модуляцiї, зсуву мiж мережевим струмом та опорним синусоїдальним сигналом, та тактовою частоти ШIМ. Визначено, що перетворювач з iдентифiкованими параметрами ШIМ забезпечує одиничний коефiцiєнт потужностi тягової мережi при навантаженнi бiльше 10 % вiд номiнального в режимах тяги та рекуперативного гальмування. Отримано залежнiсть електричних втрат перетворювача та коефiцiєнту нелiнiйних спотворень в тяговiй мережi вiд тактової частоти ШIМ. Визначено, що рацiональне значення тактової частоти лежить в iнтервалi 900…2000 Гц, при цьому ККД перетворювача досягає 98…95 %, коефiцiєнт нелiнiйних спотворень складає 12…5 %. Визначено, що виключення з силового кола снаберної ланки може суттєво зменшити сумарнi електричнi втрати. Встановлено, що втрати на паразитних опорах фiльтрiв незначнi, тому їх можна не враховувати в загальному балансi втратКлючовi слова: 4qs-перетворювач, електрорухомий склад, коефiцiєнт потужностi, ШIМ, iмiтацiйне моделювання, електричнi втрати

The object of the study is the process of operation of traction and external power supply systems as objects of inextricable interconnection while reducing energy costs in the cost of railway transportation in real time. One of the most problematic areas is the technology for choosing energy-efficient power supply schemes for railway traction networks in real time. The methods of forming and transforming graphs of complex schemes of traction and external power supply systems and building expert control systems for the implementation of energy-saving technologies of electrified railways were further developed in the work. In the course of the study, to increase the efficiency of simulation modeling of electric traction networks, the statistical characteristics of the loads of feeders that supply the final boundary sections, stations, depot access tracks, railway junctions and idle voltages on the traction substation tires were obtained. Methods of calculation and modeling of traction power supply have been developed, which take into account the inseparable relationship with power systems and allow choosing rational modes with minimal power flows and energy losses. Proposed methods of managing the modes of operation of the traction power supply system based on a vague description of their states and an expert system that allow solving new problems. Including, the choice of energy-saving power supply schemes in the case of power flows, economic modes of network operation in case of intensification of the transportation process. Thanks to this, ways of reducing power consumption and minimizing energy losses of traction power supply systems are proposed, which allow minimizing power flows and power losses by adjusting load flow parameters and voltage levels of traction substations. And also to increase the energy efficiency of electrified railway lines. The technique of technical and economic feasibility of power supply schemes of traction networks and evaluation of the possibility of switching to cantilever or loop power supply schemes with parallel connection points has been developed. The implemented recommendations save about 25 thousand kWh per 1 km of two-track section.

The parameters of complex power supply schemes of tram lines, which are required for simulation modeling, were studied: statistical characteristics of traction loads of feeders and voltage on the tires of traction substations. It was established that the distribution function of the feeder feeding the tram depot corresponds to the logarithmic normal law, the distribution function of the modules of the idle voltage deviation and the angles between the idle voltages of adjacent traction substations to the truncated normal law. It is proposed to modernize the information bases of electric traction network parameters with complex power schemes to increase the efficiency of modeling the modes of operation of sections of urban electric transport. A method of calculating instantaneous schemes has been developed, which allows to create algorithms that do not depend on the degree of complexity of the scheme. A method of simulation modeling of complex power supply systems of electric transport based on the synthesis of the matrix method of calculating instantaneous circuits and the method of statistical tests for modeling the organization of traffic of trams and trolleybuses is proposed. Algorithms and simulation models of traction power supply systems of urban electric transport have been developed, taking into account the modes of operation of power systems. A single simulation complex has been created that takes into account the traffic schedules of trams and trolleybuses, power flows in power supply systems, which makes it possible to obtain generalized dependences of power flows and energy losses, and to increase the accuracy of calculations of electrical parameters to 5–7%. Adequacy of the simulation model to the real process was verified by experimental data on a number of two-track, single-track sections of electric traction networks and complex power supply schemes of traction substations. The error in determining the integral indicators of costs and energy losses does not exceed 5%, and the rms currents – 3%. The use of simulation modeling in the design of traction power supply systems allows to improve the quality of electrical engineering calculations of complex power supply schemes and to propose energy-efficient power supply modes.