DOI: https://doi.org/10.15802/stp2018/140707

### METHODOLOGY OF DETERMINING THE PARAMETERS OF TRACTION ELECTRIC MOTOR FAILURES WHEN OPERATING TROLLEYBUSES

Т. P. Pavlenko, V. M. Shavkun, V. I. Scurihin, N. P. Lukashova

#### Abstract

Purpose. The work is aimed to study the change in parameters of traction electric motors of trolleybuses during operation and improvement of the technical state control system, using modern diagnostic methods. Methodology. Solution of the scientific problem is based on the control of technical state and change in the parameters of traction electric motors in the process of operation. For analysis of operational factors, we used the method of mathematical statistics and probability theory. Mathematical modelling and design of experiment, multifactor regression analysis provides an assessment of the reliability of the electric traction motor elements. Physical and statistical methods provide for research and detection of patterns of influence of the factors that accelerate the wear of parts. This allows us to generate models of system reliability that take into account the influence of operational factors on the reliability. Findings. As a result of the studies we obtained quantitative characteristics of the reliability of commutator and established that the failures of traction motors make up 20% of all failures of electrical equipment. We analysed the operation conditions of traction electric motors and determined the failure distribution law N{mx,sx}, which allows assessing the progression between gradual failures. We obtained a mathematical model characterizing the object operation. A generalized equation of the failure rate of elements for traction electric motor (TEM) was found. We improved the estimation methods of reliability of TEM element base that makes it possible to determine the ETM lifetime taking into account the features of each trolleybus. We established the failure rate of commutators using physical and statistical methods. Originality. For the first time, the choice of physico-statistical methods of simulation and reliability calculation was substantiated. We determined the regularities of change in parameters of the trolleybus traction electric motor elements, which makes it possible to control the processes of their wear in the operation conditions. We developed a mathematical model for estimating the traction electric motor reliability, based on a system analysis of the probabilities of failures of subsystems to be diagnosed. Practical value. Based on the results of the study, we developed practical recommendations for rational choice of diagnostic parameters of traction motors. Their implementation at the enterprises of electric transport will increase reliability of electric motors in general up to 10%. It is proposed to use the results of the work in the educational process and in the research work of students at the Department of Electric Transport of the O.M. Beketov National University of Urban Economy in Kharkiv. The developed methodology for determination of parameters of traction electric motors when operating trolleybuses allows assessing the reliability of any type of trolleybus traction motor.

#### Keywords

electric transport; traction electric motor; diagnosing; operating reliability; failure rate

PDF HTML

#### References

Esaulov, S. M., Babicheva, O. F., & Lukashova, N. P. (2017). Research and development of the charger of a su-percapacitor for the recovery of braking energy of an electric drive in transport. Municipal economy of cities. Series: «Engineering science and architecture», 135, 132-140. (in Russian)

Daleka, V. K., Budnychenko, V. B., Kovalenko, V. I., Khvorost, M. V., & Isaiev, L. O. (2014). Pravyla ekspluatatsii miskoho elektrychnoho transportu: Navchalnyi posibnyk. Kharkiv: KhNUMH. (in Ukranian)

Lukyanov, S. I., Karandaev, A. S., & Yevdokimov, S. A. (2014). Razrabotka i vnedrenie intellektualnykh sistem diagnostirovaniya tekhnicheskogo sostoyaniya elektri-cheskogo oborudovaniya. Vestnik Magnitogorskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im. G. I. Nosova, 1(45), 129-136. (in Russian)

Zubenko, D. Y., Kovalenko, A. V., Petrenko, O. M., Shavkun, V. M., & Olekhno, M. Y. (2016). Rozrobka enerhomekhanichnoi ustanovky dlia tiahy elektromobilia. Science Rise, 10, 2(27), 6-15. doi: 10.15587/2313-8416.2016.79196 (in Ukranian)

Daleka, V. K., Khvorost, M. V., Skurikhin, V. I., & Skurikhin, D. I. (2018). Rukhomyi sklad miskoho elektrychnoho transportu. Mekhanichna chastyna: Navchalnyi posibnyk. Kharkiv: KhNUMH imeni O. M. Beketova. (in Ukranian)

Skurikhin, V. I. (2014). Modelirovanie iznashivaniya poverkhnostey treniya uzlov i detaley mashin. Problemy ta perspektyvy rozvytku tekhnichnykh zasobiv transportu ta system avtomatyzatsii: Materialy Mizhnarodnoi naukovo-tekhnichnoi konferentsii, 42-43. (in Russian)

Soroka, K. O., & Lychov, D. A. (2015). The content model and the equations of motion of electric vehicle. Science and Transport Progress, 3(57), 97-106. doi: 10.15802/stp2015/46056 (in Ukranian)

Soroka, K. O., Pavlenko, T. R., & Lychov, D. A. (2017). System for automatic selection of the speed rate of electric vehicles for reducing the power consumption. Science and Transport Progress, 3(69). 77-91. doi: 10.15802/stp2017/104360 (in Ukranian)

Daleka, V. K., Budnychenko, V. B., Karpushyn, E. Y., & Kovalenko, V. I. (2014). Tekhnichna ekspluatatsiia miskoho elektrychnoho transportu: Navchalnyi posibnyk. Kharkiv: KhNUMH. (in Ukranian)

Shavkun, V. M., Miziak, O. V. (2017). Vyznachennia optymalnykh rezhymiv diahnostuvannia transportnykh zasobiv. Avtomobil i elektronika. Suchasni tekhnolohii, 12, 193-198. Retrieved from http://www.khadi.kharkov.ua/fileadmin/P_SIS/AE17_2/5.2.pdf (in Ukranian)

Shavkun, V. M. (2014). Diagnostics of electric transport traction electric machines. Eastern-European Journal of Enterpraise Technologies, 1, 7(67), 48-53. (in Ukranian)

Yatsun, M. A., & Yatsun, A. M. (2010). Ekspluatatsiia ta diahnostuvannia elektrychnykh mashyn i aparativ. Lviv: Lvivska politekhnika. (in Ukranian)

Aminu, M, Ainah, R. K., Abana, M., & Abu, U. A. (2018). Identification of induction machine parameters using only no-load test measurements. Nigerian Journal of Technology, 37(3), 742. doi: 10.4314/njt.v37i3.25 (in English)

Kolcio, K., & Fesq, L. (2016). Model-based off-nominal state isolation and detection system for autonomous fault management. IEEE Aerospace Conference Proceedings. doi: 10.1109/AERO.2016.7500793 (in English)

Kuznetzov, A., Skurikhin, V., & Shavkun, V. (2018). Resource saving reserves of determining characteristics of the long steering wall of wagon of the metro. EUREKA: Physical Sciences and Engineering, 1, 19-28.doi: 10.21303/2461-4262.2018.00525 (in English)

Pavlenko, T., Shavkun, V., & Petrenko, A. (2017). Ways to improve operation reliability of traction electric motors of the rolling stock of electric transport. Eastern-European Journal of Enterpraise Technologies, 5, 8(89), 22-30. doi: 10.15587/1729-4061.2017.112109 (in English)

Zubenko, D., & Kuznetzov, A. (2016). Designing intelligent systems management transport enterprises entropy approach. EUREKA: Physics and Engineering, 1, 49-54. doi: 10.21303/2461-4262.2016.00025 (in English)

#### GOST Style Citations

1. Есаулов, С. М. Исследование и разработка зарядного устройства суперконденсатора при рекуперации энергии торможения электропривода на транспорте / С. М. Есаулов, О. Ф. Бабичева, Н. П. Лукашова // Комунальне господарство міст. Серія: Технічні науки и архітектура: наук.-техн. зб. / Харк. нац. ун-т міськ. госп-ва ім. О. М. Бекетова. - Харків, 2017. - Вип. 135. - С. 132-140.
2. Правила експлуатації міського електричного транспорта: навч. посіб. / В. Х. Далека, В. Б. Будниченко, В. І. Коваленко, М. В. Хворост, Л. О. Ісаєв; Харк. нац. ун-т міськ. госп-ва ім. О. М. Бекетова. - Харків: ХНУМГ, 2014. - 447 с.
3. Разработка и внедрение интеллектуальных систем диагностирования технического состояния электрического оборудования / С. И. Лукьянов, А. С. Карандаев, С. А. Евдокимов [и др.] // Вестн. Магнитогор. гос. техн. ун-та им. Г. И. Носова. - 2014. - № 1 (45). - С. 129-136.
4. Розробка енергомеханічної установки для тяги електромобіля / Д. Ю. Зубенко, А. В. Коваленко, О. М. Петренко, В. М. Шавкун, М. Ю. Олехно // Наука встает. - 2016. - Т. 10, № 2 (27). - С. 6-15. doi: 10.15587/2313-8416.2016.79196
5. Рухомий склад міського електричного транспорту. Механічна частина: навч. посібник / В. Х. Далека, М. В. Хворост, В. І. Скуріхін, Д. І. Скуріхін. - Харків: ХНУМГ імені О. М. Бекетова, 2018. - 370 с.
6. Скурихин, В. И. Моделирование изнашивания поверхностей трения узлов и деталей машин / В. И. Скурихин // Проблеми та перспективи розвитку технічних засобів транспорту та систем автоматизації : матеріали міжнар. наук.-техн. конф. – Харків, 2014. – С. 42–43.
7. Сорока, К. О. Змістовна модель та рівняння руху електричного транспорту / К. О. Сорока, Д. О. Личов // Наука та прогрес транспорту. – 2015. – № 3 (57). – С. 97–106. doi: 10.15802/stp2015/46056
8. Сорока, К. О. Система автоматизованого вибору швидкісного режиму руху засобів електротранспорту з метою зменшення витрат електроенергії / К. О. Сорока, Т. П. Павленко, Д. О. Личов // Наука та прогрес транспорту. – 2017. – № 3 (69). – С. 77–91. doi: 10.15802/stp2017/104360
9. Технічна експлуатація міського електричного транспорту : навч. посіб. / В. Х. Далека, В. Б. Будниченко, Е. І. Карпушин, В. І. Коваленко ; Харк. нац. ун-т міськ. госп-ва ім. О. М. Бекетова. – Харків : ХНУМГ, 2014. – 236 с.
10. Шавкун, В. М. Визначення оптимальних режимів діагностування транспортних засобів [Electronic resource] / В. М. Шавкун, О. В. Мізяк // Автомобіль і електроніка. Сучасні технології. – 2017. – № 12. – С. 193–198. – Режим доступу: http://www.khadi.kharkov.ua/fileadmin/P_SIS/AE17_2/5.2.pdf – Назва з екрана. – Перевірено : 23.06.2018.
11. Шавкун, В. Діагностування тягових електричних машин електротранспорту / В. Шавкун // Вост.-Европ. журн. передовых технологий. – 2014. – Т. 1, № 7 (67). – С. 48–53.
12. Яцун, М. А. Експлуатація та діагностування електричних машин і апаратів / М. А. Яцун, А. М. Яцун. – Львів : Львівська політехніка, 2010. – 228 с.
13. Identification of induction machine parameters using only no-load test measurements / M. Aminu, P. K. Ainah, M. Abana, U. A. Abu // Nigerian Journal of Technology. – 2018. – Vol. 37. – Iss. 3. – P. 742–748. doi: 10.4314/njt.v37i3.25
14. Kolcio, K. Model-based off-nominal state isolation and detection system for autonomous fault management / K. Kolcio, L. Fesq // IEEE Aerospace Conference Proceedings. – 2016. doi: 10.1109/AERO.2016.7500793
15. Kuznetzov, A. Resource saving reserves of determining characteristics of the long steering wall of wagon of the metro / A. Kuznetzov, V. Skurikhin, V. Shavkun // EUREKA: Physical Sciences and Engineering. – 2018. – Vol. 1. – P. 19–28. doi: 10.21303/2461-4262.2018.00525
16. Pavlenko, T. Ways to improve operation reliability of traction electric motors of the rolling stock of electric transport / T. Pavlenko, V. Shavkun, A. Petrenko // Eastern-European Journal of Enterpraise Technologies. – 2017. – Vol. 5. – Iss. 8 (89). – Р. 22–30. doi: 10.15587/1729-4061.2017.112109
17. Zubenko, D. Designing intelligent systems management transport enterprises entropy approach / D. Zubenko, A. Kuznetzov // EUREKA: Physics and Engineering. – 2016. – Vol. 1. – P. 49–54. doi: 10.21303/2461-4262.2016.00025