Research into methods and means of controlling brushless traction motors of locomotives based on modern power converters
DOI:
https://doi.org/10.18664/ikszt.v31i2.362244Ключові слова:
brushless traction motors, traction drive, locomotive, power converters, voltage source inverter, regenerative braking, control methods, multilevel invertersАнотація
The object of the study is the electromechanical and energy conversion processes occurring in brushless traction electric drives of locomotives during the implementation of traction and regenerative braking modes. The paper examines approaches aimed at improving the energy efficiency and operational reliability of traction systems through the justified selection of power converter topologies and modern methods of controlling the electromagnetic torque of traction motors.
The structural and energy characteristics of induction motors and permanent magnet synchronous motors are generalized as the main control objects within brushless locomotive electric drive systems. It is established that the operation of traction systems under railway conditions is characterized by a wide speed range, significant load variations, and the requirement to ensure bidirectional energy exchange with the traction power supply system.
The main operating modes of the traction electric drive, particularly the traction mode and the electric braking mode, are systematized, and the structural requirements for their implementation are determined. Typical configurations of power conversion systems used in DC and AC electric locomotives are summarized, including solutions based on a DC link, voltage source inverters, multilevel converters, intermediate energy conversion stages, and hybrid configurations incorporating energy storage systems.
It is shown that the efficiency of regenerative bracing and the stability of energy processes are largely determined by the capability for bidirectional energy conversion, the parameters of the DC link, and the coordination of the electric drive with the characteristics of the catenary traction power supply system. It is established that the application of modern vector control methods and direct torque regulation, and reduced energy losses in power converters.
The prospects of the considered approaches are associated with the integration of next-generation semiconductor power conversion systems, the application of energy storage devices, and adaptive control algorithms capable of operating under variable operating conditions. The results of this review study can be useful in the design and modernization of locomotive traction electric drive control systems, the optimization of regenerative braking modes, and ensuring reliable locomotive operation over a wide range of load conditions.
Посилання
Nerubatskyi V. P. Analysis of the operating conditions and modes of locomotive traction motors. Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. 2025. Том 30, № 4. С. 3–21. https://doi.org/10.18664/ikszt.v30i4.351425.
Nerubatskyi V. P. Features of the use of brushless motors in traction rolling stock. Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. 2026. Том 31, № 1.
Enache S., Enache M.-A., Vlad I. Considerations regarding the middle power asynchronous motors for railway electrical traction. Energies. 2024. Vol. 17, Iss. 17. 4327. https://doi.org/10.3390/en17174327.
Paul S., Han P.-W., Chang J., Chun Y.-D., Lee J.-G. State-of-the-art review of railway traction motors for distributed traction considering South Korean high-speed railway. Energy Reports. 2022. Vol. 8. P. 14623–14642. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.10.411.
Goolak S., Liubarskyi B., Riabov I., Lukoševičius V., Keršys A., Kilikevičius S. Analysis of the efficiency of traction drive control systems of electric locomotives with asynchronous traction motors. Energies. 2023. Vol. 16, Iss. 9. 3689. https://doi.org/10.3390/en16093689.
Polater N., Tricoli P. Technical review of traction drive systems for light railways. Energies. 2022. Vol. 15, Iss. 9. 3187. https://doi.org/10.3390/en15093187.
Spejo L. B., Akor I., Rahimo M., Minamisawa R. A. Life-cycle energy demand comparison of medium voltage Silicon IGBT and Silicon Carbide MOSFET power semiconductor modules in railway traction applications. Power Electronic Devices and Components. 2023. Vol. 6. 100050. https://doi.org/10.1016/j.pedc.2023.100050.
Biel Z., Pčola M., Ondrejička J., Franko M., Frivaldský M. Efficiency comparison of Si IGBT and SiC MOSFET based three-phase inverters. Communications – Scientific Letters of the University of Zilina. 2023. Vol. 25, Iss. 3. P. C56–C61. https://doi.org/10.26552/com.C.2023.057.
Rodrigues N., Cunha J., Monteiro V., Afonso J. L. Railway auxiliary power supply system: A modular multilevel converter approach. Transportation Research Procedia. 2023. Vol. 72. P. 3182–3189. https://doi.org/10.1016/j.trpro.2023.11.877.
Iraklis A., Schirmer T., Dittus H., Lusiewicz A., Winter J. Overview of Three-Stage Power Converter Topologies for Medium Frequency-Based Railway Vehicle Traction Systems. IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2019. Vol. 68, Iss. 4. P. 3268–3278. https://doi.org/10.1109/TVT.2019.2895500.
Simon M. G., Fodor D. Comparative analysis of field oriented control and direct torque control through simulation in MATLAB Simulink for an automotive drive motor. Engineering Proceedings. 2024. Vol. 79, Iss. 1. 33. https://doi.org/10.3390/engproc2024079033.
Anh A. T. H. T., Tung N. M. Speed control for traction motor of urban electrified train in field weakening region based on backstepping method. Bulletin of Electrical Engineering and Informatics. 2024. Vol. 13, No. 3. P. 1504–1512. https://doi.org/10.11591/eei.v13i3.5209.
Mencou S., Yakhlef M. B., Tazi E. B. Advanced control of induction motors (2019–2025): A comprehensive review of strategies, algorithms and sensorless techniques. e-Prime - Advances in Electrical Engineering, Electronics and Energy. 2025. Vol. 14. 101098. https://doi.org/10.1016/j.prime.2025.101098.
Travieso-Torres J. C., Ricaldi-Morales A. J., Aguila-Camacho N. Robust combined adaptive passivity-based control for induction motors. Machines. 2024. Vol. 12, Iss. 4. 272. https://doi.org/10.3390/machines12040272.
Dubravin Y., Tkachenko V., Morneva M. Improving the energy characteristics of a four-quadrant converter with pulse-width modulation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2023. Vol. 3, No. 5 (123). P. 24–32. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.283271.
Gao J., Chen Z., Dai L., Huang S., Xu W. Research on feedforward control of four-quadrant converter based on load current observer. Energy Reports. 2022. Vol. 8, Suppl. 5. P. 998–1008. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.02.156.
Li H., Jin Z., Zhao L., Ma C., Li S., Diao L., Wang X. Grid-forming four-quadrant converter for railway traction application: A proposal considering specific operational scenario in railway. TechRxiv. 2025. P. 1–10. https://doi.org/10.36227/techrxiv.175735881.15879772/v1.
Henda B., Khedher A. Predictive torque control for induction machine fed by voltage source inverter: Theoretical and experimental analysis on acoustic noise. Acoustics. 2025. Vol. 7, Iss. 4. 63. https://doi.org/10.3390/acoustics7040063.
Хворост М. В., Воронов Р. В. Дослідження систем скалярного керування тяговими асинхронними двигунами, що живляться від одного інвертора. Комунальне господарство міст. 2020. Т. 1, Вип. 154. С. 33–40. https://doi.org/10.33042/2522-1809-2020-1-154-33-40.
Abouzeid A. F., Guerrero J. M., Endemaño A., Muniategui I., Ortega D., Larrazabal I., Briz F. Control strategies for induction motors in railway traction applications. Energies. 2020. Vol. 13, Iss. 3. 700. https://doi.org/10.3390/en13030700.
Dinh B. H., Tran C. D. Improved scalar control based on slip compensation from virtual speeds in three-phase induction motor drives. International Journal of Power Electronics and Drive Systems. 2024. Vol. 15, No. 3. P. 1410–1416. http://doi.org/10.11591/ijpeds.v15.i3.pp1410-1416.
Lee K., Han Y. Reactive-power-based robust MTPA control for v/f scalar-controlled induction motor drives. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2022. Vol. 69, Iss. 1. P. 169–178. http://doi.org/10.1109/TIE.2021.3055183.
Hasni A., El Fadil H., Lassioui A., El Asri Y., El Ancary M., Abbade H., Mouyane M. Enhancing scalar control of induction motors using super-twisting sliding mode control: Experimental validation. Journal Européen des Systèmes Automatisés. 2025. Vol. 58, No. 8. P. 1767–1776. https://doi.org/10.18280/jesa.580820.
Нерубацький В. П., Плахтій О. А., Цибульник В. Р., Гордієнко Д. А., Хоружевський Г. А. Аналіз показників енергоефективності автономних інверторів напруги з імпедансною і квазіімпедансною ланками у вхідному колі при застосуванні різних алгоритмів модуляції. Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. 2020. Том 25, № 3. С. 19–31. https://doi.org/10.18664/ikszt.v25i3.214089.
Plakhtii O. A., Nerubatskyi V. P., Hordiienko D. A., Tsybulnyk V. R. Analysis of the energy efficiency of a two-level voltage source inverter in the overmodulation mode. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2019. No. 4 (172). P. 68–72. https://doi.org/10.29202/nvngu/2019-4/9.
Нерубацький В. П., Плахтій О. А., Кавун В. Є., Машура А. В., Гордієнко Д. А., Цибульник В. Р. Аналіз показників енергоефективності автономних інверторів напруги з різними типами модуляції. Збірник наукових праць Українського державного університету залізничного транспорту. 2018. Вип. 180. С. 106–120.
Плахтий А. А., Нерубацкий В. П., Кавун В. Е., Машура А. В. Компенсация высших гармоник входных токов в системах с параллельным включением автономных инверторов. Електротехнічні та комп’ютерні системи. 2018. № 27 (103). С. 65–74. https://doi.org/10.15276/eltecs.27.103.2018.07.
Ha V. T., Giang P. T., Vu P. Multilevel inverter application for railway traction motor control. Bulletin of Electrical Engineering and Informatics. 2022. Vol. 11, No. 4. P. 1855–1866. https://doi.org/10.11591/eei.v11i4.3964.
Ha V. T., Giang P. T., Phuong V. H. T-type multi-inverter application for traction motor control. Engineering, Technology & Applied Science Research. 2022. Vol. 12, No. 2. P. 8321–8327. https://doi.org/10.48084/etasr.4776.
Ha V. T., Vinh V. Q. Sliding mode control of a PMSM railway traction drive fed by multi-level inverter. TELKOMNIKA Telecommunication Computing Electronics and Control. 2023. Vol. 21, No. 6. P. 1405–1414. https://doi.org/10.12928/TELKOMNIKA.v21i6.24369.
Нерубацький В. П., Гордієнко Д. А. Система керування компенсаційного 4QS-перетворювача електричного рухомого складу. Матеріали 4-ї міжнародної науково-технічної конференції «Інтелектуальні транспортні технології» (Харків, УкрДУЗТ, 27–28 листопада 2023 р.). Харків: УкрДУЗТ, 2023. С. 258–260.
Нерубацький В. П., Гордієнко Д. А. Енергоефективна топологія трирівневого активного випрямляча електричного рухомого складу. Тези стендових доповідей та виступів учасників 36-ї міжнародної науково-практичної конференції «Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті» (Харків, УкрДУЗТ, 16–17 листопада 2023 р.). Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. 2023. № 3 (додаток). С. 14–15.
Nerubatskyi V. P., Hordiienko D. A. Energy efficient modulation algorithm of four-quadrant converter with power factor correction. Тези десятої міжнародної науково-технічної конференції «Інформатика, управління та штучний інтелект (ІУШІ-2023)» (Харків – Краматорськ – Тернопіль, НТУ «ХПІ» – ДДМА, 10–12 травня 2023 р.). Харків: НТУ «ХПІ», 2023. С. 63.
Nerubatskyi V. P., Hordiienko D. A. Application of control systems active four-quadrant rectifiers on tractional electric rolling stock. Abstracts of the XII International Scientific and Practical Conference “Current issues, achievements and prospects of Science and education” (Greece, Athens, May 03–05, 2021). P. 232–233.
Нерубацький В. П., Плахтій О. А. Система керування трифазного чотириквадрантного активного випрямляча з постійною частотою комутації силових ключів. Матеріали 78 міжнародної науково-практичної конференції «Проблеми та перспективи розвитку залізничного транспорту» (Дніпро, ДНУЗТ імені академіка В. Лазаряна, 17–18 травня 2018 р.). Дніпро: ДНУЗТ імені академіка В. Лазаряна, 2018. С. 108–109.
Hamani K., Kuchar M., Kubatko M., Kirschner S. Advancements in induction motor fault diagnosis and condition monitoring: A Comprehensive Review. Sensors. 2025. Vol. 25, Iss. 19. 5942. https://doi.org/10.3390/s25195942.
Enache S., Vlad I., Enache M. A. Aspects regarding the optimization of cross geometry in traction asynchronous motors using the theory of nonlinear circuits. Energies. 2022. Vol. 15, Iss. 18. 6648. https://doi.org/10.3390/en15186648.
Goolak S., Liubarskyi B., Lukoševičius V., Keršys R., Keršys A. Operational diagnostics system for asymmetric emergency modes in traction drives with direct torque control. Applied Sciences. 2023. Vol. 13, Iss. 9. 5457. https://doi.org/10.3390/app13095457.
Goolak S., Tkachenko V., Šťastniak P., Sapronova S., Liubarskyi B. Analysis of control methods for the traction drive of an alternating current electric locomotive. Symmetry. 2022. Vol. 14, Iss. 1. 150. https://doi.org/10.3390/sym14010150.
Hannan M. A., Ali J. A., Mohamed A., Hussain A. Optimization techniques to enhance the performance of induction motor drives: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2018. Vol. 81, Part 2. P. 1611–1626. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.05.240.
Eser E., Doğan Z. Eccentricity fault in induction motors using statistical process control method. International Scientific and Vocational Studies Journal. 2024. Vol. 8, Iss. 2. P. 192–201. https://doi.org/10.47897/bilmes.1583712.
Панченко В. В., Туренко О. Г. Дослідження роботи тягового асинхронного двигуна при несиметрії живильної напруги та аварійних режимах роботи. Збірник наукових праць Українського державного університету залізничного транспорту. 2021. Вип. 198. С. 145–150. https://doi.org/10.18664/1994-7852.198.2021.256648.
Ha V. T., Hai N. V., Vinh V. Q., Ha V. T. Design of sliding mode control for an induction motor using in railway traction. International Journal of Engineering Trends and Technology. 2022. Vol. 70, Iss. 6. P. 331–336. https://doi.org/10.14445/22315381/IJETT-V70I6P234.
Goolak S., Liubarskyi B., Riabov I., Chepurna N., Pohosov O. Simulation of a direct torque control system in the presence of winding asymmetry in induction motor. Engineering Research Express. 2023. No. 5. 025070. https://doi.org/10.1088/2631-8695/acde46.
Silaghi H., Spoială V., Pǎcalǎ A., Romocea M. Asynchronous machines with PWM inverters: A novel approach to DTC enhancement. The Scientific Bulletin of Electrical Engineering Faculty. 2024. Vol. 24, Iss. 2. P. 17–21. https://doi.org/10.2478/sbeef-2024-0016.
Zhang J., Su H., Ren Q., Li W., Zhou H. Review on development and key technologies of permanent magnet synchronous traction system for rail transit. Journal of Traffic and Transportation Engineering. 2021. Vol. 21, Iss. 6. P. 63–77. https://doi.org/10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.06.005.
Peng Y., Chen F., Chen F., Wu C., Wang Q., He Z., Lu S. Energy-efficient train control: A comparative study based on permanent magnet synchronous motor and induction motor. IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2024. P. 1–13. https://doi.org/10.1109/TVT.2024.3412941.
Drancă M., Chirca M., Breban Ş., Fărtan M. Thermal and demagnetization analysis of an axial-flux permanent magnet synchronous machine. 2020 International Conference and Exposition on Electrical and Power Engineering (EPE). 2020. https://doi.org/10.1109/EPE50722.2020.9305576.
Niu G., Jiang J., Youn B. D., Pecht M. Autonomous health management for PMSM rail vehicles through demagnetization monitoring and prognosis control. ISA Transactions. 2018. Vol. 72. P. 245–255. https://doi.org/10.1016/j.isatra.2017.10.002.
Kale S. V., Bhasme N. R. DC feeder voltage control strategy of bidirectional DC to DC converter for railway traction. International Journal of Recent Technology and Engineering. 2019. Vol. 8, Iss. 4. P. 5270–5274. https://doi.org/10.35940/ijrte.D7433.118419.
Prathab T., Yasoda K. Performance analysis of electric locomotive using matrix converter. Journal of Electronics and Informatics. 2023. Vol. 5, Iss. 2. P. 178–98. https://doi.org/10.36548/jei.2023.2.006.
Burkhanhodjaev A., Iksar E., Idriskhodjaeva M. An algorithm for controlling a traction asynchronous drive that minimizes electrical power losses. E3S Web of Conferences. 2020. Vol. 216. 01107. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202021601107.
Shokhsanamkhon T. Traction of electric locomotives: Modern technologies and future innovations. Spanish Journal of Innovation and Integrity. 2025. Vol. 40. P 98–101. https://www.sjii.es/index.php/journal/article/view/314.
Struharňanský L., Vittek J., Makyš P., Ilončiak J. Vector control techniques for traction drive with induction machines – comparison. Procedia Engineering. 2017. Vol. 192. P. 851–856. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.06.147.
Mazurenko L., Shykhnenko M., Dzhura O., Bilyk O., Chorna O. Control of switched reluctance motors of traction electric drives of railway transport. Energetika. 2025. Vol. 71, No. 1. P. 92–104. https://doi.org/10.6001/energetika.2025.71.1.7.
Zhang R., Yin Z., Zhan Z., Yu S. Research on internal model control and hybrid modulation strategy of a MW-level direct-drive PMSM for traction drives in electric locomotive. Energy Reports. 2023. Vol. 9, Suppl. 8. P. 688–698. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2023.04.276.
Kebede A. B., Worku G. B. Power electronics converter application in traction power supply system. American Journal of Electrical Power and Energy Systems. 2020. Vol. 9, Iss. 4. P. 67–73. https://doi.org/10.11648/j.epes.20200904.12.
Kabalyk Y. Determination of energy loss in power voltage inverters for power supply of locomotive traction motors. Procedia Engineering. 2016. Vol. 165. P. 1437–1443. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.11.876.
Hu H., Liu Y., Li Y., He Z., Gao S., Zhu X., Tao H. Traction power systems for electrified railways: evolution, state of the art, and future trends. Railway Engineering Science. 2024. Vol. 32. P. 1–19. https://doi.org/10.1007/s40534-023-00320-6.
Нерубацький В. П., Плахтій О. А., Івахно В. В., Гордієнко Д. А., Шелест Д. А. Аналіз методів керування випрямно-інверторного перетворювача електровоза. Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. 2024. Том 29, № 2. С. 33–44. https://doi.org/10.18664/ikszt.v29i2.307651.
Barinov I. A., Melnichenko O. V. Power IGBTs application in AC-wire DC-motor locomotive thyristor-based power circuit for regenerative brake energy efficiency increase. 2019 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing. 2019. https://doi.org/10.1109/ICIEAM.2019.8742933.
Нерубацький В. П., Плахтій О. А., Гладка А. В. Покращення електромагнітної сумісності тягового електропривода змінного струму шляхом застосування 4QS-випрямлячів. Збірник наукових праць Українського державного університету залізничного транспорту. 2018. Вип. 178. С. 21–28. https://doi.org/10.18664/1994-7852.178.2018.138906.
Demydov О., Liubarskyi B., Domanskyi V., Glebova M., Iakunin D., Tyshchenko A. Determination of optimal parameters of the pulse width modulation of the 4qs transducer for electriс rolling stock. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2018. Vol. 5, No. 5 (95). P. 29–38. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.143789.
Plakhtii O., Nerubatskyi V., Sushko D., Ryshchenko I., Tsybulnyk V., Hordiienko D. Improving energy characteristics of AC electric rolling stock by using the three-level active four-quadrant rectifiers. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2019. Vol. 4, No. 8 (100). P. 6–14. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.174112.
He L., Xiong J., Ouyang H., Zhang P., Zhang K. High-performance indirect current control scheme for railway traction four-quadrant converters. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2014. Vol. 61, Iss. 12. P. 6645–6654. https://doi.org/10.1109/TIE.2014.2316240.
Plakhtii O., Nerubatskyi V., Khomenko I., Tsybulnyk V., Syniavskyi A. Comprehensive study of cascade multilevel inverters with three level cells. 2020 IEEE 7th International Conference on Energy Smart Systems (ESS). Proceedings. 2020. P. 277–282. https://doi.org/10.1109/ESS50319.2020.9160258.
Нерубацький В. П., Зінченко О. Є., Гордієнко Д. А. Комплексне дослідження роботи каскадного багаторівневого інвертора. Матеріали всеукраїнської науково-практичної конференції «Стан та перспективи розвитку електричного транспорту» (Харків, ХНУМГ імені О. М. Бекетова, 23–25 листопада 2022 р.). Харків: ХНУМГ імені О. М. Бекетова, 2022. С. 125–127.
Ha V. T., Vinh V. Q. Sliding mode control of a PMSM railway traction drive fed by multi-level inverter. TELKOMNIKA. 2023. Vol. 21, No. 6. P. 1405–1414. http://doi.org/10.12928/telkomnika.v21i6.24369.
Wang X., Zhang L., Wu P. Control and modeling of modular multi-level high voltage converter vector for rail trail traction. International Core Journal of Engineering. 2021. Vol. 7, Iss. 5. P. 299–307. http://doi.org/10.6919/ICJE.202105_7(5).0039.
Nerubatskyi V., Plakhtii O., Hordiienko D. Efficiency analysis of DC–DC converter with pulse-width and pulse-frequency modulation. 2022 IEEE 41st International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO). Proceedings. 2022. P. 571–575. https://doi.org/10.1109/ELNANO54667.2022.9926762.
Ivakhno V., Zamaruiev V., Plakhtii O., Vinnikov D., Nerubatskyi V., Hordiienko D. Evaluation of the parameters of a soft switching DC/DC converter with a modified push-pull current source inverter stage for photovoltaic systems. 2024 IEEE 5th KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek). Proceedings. 2024. P. 1–6. https://doi.org/10.1109/KhPIWeek61434.2024.10878068.
Paul S. G., Ravichandran C. S. High frequency transformer in electric traction with bidirectional DC-DC converter using customized embedded system. Microprocessors and Microsystems. 2020. Vol. 77. 103162. https://doi.org/10.1016/j.micpro.2020.103162.
Goolak S., Kondratieva L., Riabov I., Lukoševičius V., Keršys A., Makaras R. Research and optimization of hybrid on-board energy storage system of an electric locomotive for quarry rail transport. Energies. 2023. Vol. 16, Iss. 7. 3293. https://doi.org/10.3390/en16073293.
Нерубацький В. П., Шаповалова Д. С. Перспективи застосування суперконденсаторних систем накопичення енергії на громадському електротранспорті. Матеріали XVII міжнародної науково-практичної конференції «Сучасні інформаційні та інноваційні технології на транспорті (MINTT – 2025)» (Одеса, ХДМА, 28–30 травня 2025 р.). Одеса: ХДМА, 2025. С. 70–71.
Нерубацький В. П., Гордієнко Д. А. Енергозбереження на залізничній тязі шляхом використання бортових акумуляторних батарей. Матеріали ІІІ всеукраїнської науково-практичної інтернет-конференції «Проблеми сучасної електроенергетики, електротехніки та електромеханіки у післявоєнному періоді» (Харків, ХНУМГ імені О. М. Бекетова, 19–21 жовтня 2022 р.). Харків: ХНУМГ імені О. М. Бекетова, 2022. С. 23–25.
Zeb O., Muhammad S., Ahmad I. Hybrid optimized control strategy for solid-state transformer-based electric locomotives integrating energy storage. Journal of Energy Storage. 2026. Vol. 154, Part C. 121251. https://doi.org/10.1016/j.est.2026.121251.
Щербак Я. В., Плахтій О. А., Нерубацький В. П. Регулювальні характеристики активного чотириквадрантного перетворювача в режимах випрямлення і рекуперації. Технічна електродинаміка. 2017. № 6. С. 26–31. https://doi.org/10.15407/techned2017.06.026.
Плахтій О. А., Нерубацький В. П., Сушко Д. Л., Кавун В. Є. Зниження динамічних втрат в активному однофазному чотириквадрантному перетворювачі з покращеним алгоритмом гістерезисної модуляції. Праці Інституту електродинаміки Національної академії наук України. 2018. Вип. 51. С. 88–94. https://doi.org/10.15407/publishing2018.51.088.
Plakhtii O. A., Nerubatskyi V. P., Kavun V. Ye., Hordiienko D. A. Active single-phase four-quadrant rectifier with improved hysteresis modulation algorithm. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2019. No. 5 (173). P. 93–98. https://doi.org/10.29202/nvngu/2019-5/16.
Plakhtii O., Nerubatskyi V., Karpenko N., Hordiienko D., Butova O., Khoruzhevskyi H. Research into energy characteristics of single-phase active four-quadrant rectifiers with the improved hysteresis modulation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2019. Vol. 5, No. 8 (101). P. 36–44. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.179205.
Liubarskyi B., Petrenko А., Shaida V., Maslii A. Analysis of optimal operating modes of the induction traction drives for establishing a control algorithm over a semiconductor transducer. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2017. Vol. 4, No. 8 (88). P. 65–72. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.109179.
Рябов Є. С., Кондратьєва Л. Ю., Овер’янова Л. В., Єріцян Б. Х., Гулак С. О. Обґрунтування структури тягового електропривода електровоза для залізничного кар’єрного транспорту. Наука та прогрес транспорту. 2022. № 2(98). С. 26–44. https://doi.org/10.15802/stp2022/267984.
Iliev I., Suslov K., Kryukov A., Cherepanov A., Beloev I., Valeeva Y. Modeling of energy recovery processes in railway traction power supply systems. Energy Reports. 2024. Vol. 11. P. 5163–5171. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2024.05.012.
Wu L., Wu M. Utilisation of regenerative braking energy in adjacent power sections of railway systems. IET Electric Power Applications. 2024. Vol. 18, Iss. 2. P. 174–184. https://doi.org/10.1049/elp2.12378.
Plakhtii O., Nerubatskyi V., Sushko D., Hordiienko D., Khoruzhevskyi H. Improving the harmonic composition of output voltage in multilevel inverters under an optimum mode of amplitude modulation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2020. Vol. 2, No. 8 (104). P. 17–24. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.200021.
Gabaldón A., Ruiz-Abellón M. C., Martínez F., Guillamón A. Demand management in hybrid locomotives through aggregated models of supercapacitors and railway units. Applied Sciences. 2025. Vol. 15, Iss. 5. 2412. https://doi.org/10.3390/app15052412.
Kostenko I., Nezlina O., Maliuk S., Lysenko Y., Popovich D. Development of the traction system structure of a shunting diesel locomotive with a hybrid power supply scheme. Transport Systems and Technologies. 2024. No. 43. P. 100–110. https://doi.org/10.32703/2617-9059-2024-43-8.
Kobayashi H., Kawagoe N., Kondo K., Iwasaki T., Tsumura A. Method to design control system of traction inverter of DC-electrified railway vehicle for an increase in regenerative brake power. IEEJ Journal of Industry Applications. 2020. Vol. 9, Iss. 1. P. 92–101. https://doi.org/10.1541/ieejjia.9.92.
Xu D., Zhang C., Song Q., Zhang L. Design and simulation of EMU traction control system based on Simulink. In: Pham D. T., Lei Y., Lou Y. (eds) Mechanical Design and Simulation: Exploring Innovations for the Future. MDS 2024. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Singapore. 2025. P. 313–325. https://doi.org/10.1007/978-981-97-7887-4_25.
Нерубацький В. П. Підвищення енергоефективності роботи тягових електродвигунів локомотивів на основі рекуперативного гальмування та інтеграції систем накопичення енергії. Тези III міжнародної науково-практичної конференції «Енергетичні установки та альтернативні джерела енергії ‘2026» (Харків, ХНАДУ, 11–12 березня 2026 р.). Харків: ФОП Бровін О.В., 2026.
Нерубацький В. П. Вплив сучасних тягових електродвигунів і перетворювачів локомотивів на енергетичну ефективність, зниження викидів та покращення екологічної безпеки залізничного транспорту. Тези I міжнародної науково-практичної конференції «Технології безпеки: сучасні виклики та перспективи» (Харків, ЧДТУ, 12–13 березня 2026 р.). Харків: ЧДТУ, 2026.
Melnichenko O., Portnoj A., Linkov A., Grigorenko P., Shramko S. Improving the parameters of the regenerative braking mode of the thyristor rectifier-inverter converter by addition the diode-transistor discharge branch and new operation algorithm. Transportation Research Procedia. 2023. Vol. 68. P. 612–621. https://doi.org/10.1016/j.trpro.2023.02.084.
Macan M. Presentation of a four-quadrant converter based system in traction applications – Reference to modeling, simulation and analysis. 2007 European Conference on Power Electronics and Applications. 2007. https://doi.org/10.1109/EPE.2007.4417646.
Rong S., Zhou W., Hu X., Geng B., Xiao G. Railway power conditioner with energy storage system based on hybrid modular multilevel converter and its control strategy. Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy. 2022. Vol. 41, Iss. 7. P. 10–24. https://doi.org/10.12067/ATEEE2108036.
Kamel T., Amor P., Polater N., Zhang Y., Tian Z., Hillmansen S., Tricoli P. Development of a smart hybrid drive system with advanced logistics for railway applications. International Journal of Hydrogen Energy. 2024. Vol. 52, Part B. P. 559–576. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.01.293.
Nerubatskyi V. P. Problems and prospects for the implementation of brushless motors on traction rolling stock. Збірник наукових праць Українського державного університету залізничного транспорту. 2026. Вип. 215.
Нерубацький В. П. Аналіз експлуатаційної надійності безколекторних тягових двигунів локомотивів. Тези 3-ї міжнародної науково-технічної конференції «Прогресивні технології засобів транспорту» (Харків, УкрДУЗТ, 03–04 грудня 2025 р.). Харків: УкрДУЗТ, 2025. С. 11–13.
Nеrubаtskyі V. P. Investigation of the influence of external factors on the efficiency of locomotive traction motors. Матеріали XIII міжнародної науково-практичної конференції «Людина, суспільство, комунікативні технології» (Харків, УкрДУЗТ, 24 жовтня 2025 р.). Дніпро: Середняк Т. К., 2025. С. 217–219.
Nerubatskyi V. P., Plakhtii O. А., Hordiienko D. A. Scientific foundations of higher energy efficiency and electromagnetic compatibility of semiconductor electric energy converters: monograph. Kharkiv: Publisher Machulin L., 2023. 220 p.
Zhou Z., Chen Z., Spiryagin M., Aghaei J., Cole C., Zhai W. Modeling and dynamic characteristics analysis of the locomotive considering the electric transmission system. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2026. Vol. 39. 100099. https://doi.org/10.1016/j.cjme.2025.100099.
Lukoševičius V., Goolak S., Derehuz I., Neduzha L., Keršys A., Dzerkelis V. Conceptual basis of adaptation of a field-oriented control system for traction induction motors to the operating parameters of a locomotive. Energies. 2026. Vol. 19, Iss. 2. 298. https://doi.org/10.3390/en19020298.
Panchenko S. V., Babaiev M. M., Nerubatskyi V. P. Analysis of the efficiency of operation of modern control systems for brushless traction motors. Збірник наукових праць Українського державного університету залізничного транспорту. 2025. Вип. 214. С. 181–200. https://doi.org/10.18664/1994-7852.214.2025.352044.
Tran C. D., Kuchar M., Nguyen P. D. Improved speed sensorless control for induction motor drives using rotor flux angle estimation. Electrical Engineering & Electromechanics. 2025. No. 6. P. 93–97. https://doi.org/10.20998/2074-272X.2025.6.12.
Tran C. D., Kuchar M., Sotola V., Nguyen P. D. Sensor fault diagnosis strategy based on rotor flux observers in three-phase induction motor drive. Scientific Report. 2026. Vol. 16. 267. https://doi.org/10.1038/s41598-025-29381-9.
Нерубацький В. П. Огляд технологічних рішень підвищення енергоефективності роботи безколекторних тягових двигунів локомотивів. Збірник матеріалів XI міжнародної науково-технічної конференції «Енергетичний менеджмент: стан та перспективи розвитку – PEMS’2025» (Київ, НТУУ «КПІ імені Ігоря Сікорського», 18–20 листопада 2025 р.). Київ: НТУУ «КПІ імені Ігоря Сікорського», 2025. С. 118–119.
Стьопкін В. В., Смірнов Г. М., Науменко В. В., Свободін О. О. Актуальність системи прямого керування моментом асинхронного двигуна. Тези доповідей міжнародної науково-технічної конференції «Інформаційні технології в металургії та машинобудуванні – ІТММ’2023» (Дніпро, 22 березня 2023 р.). Дніпро, 2023. C. 200–203. https://doi.org/10.34185/1991-7848.itmm.2023.01.055.
Usha S., Geetha P., Geetha A., Palanisamy R., Thamizh Thentral T. M., Mahato B., Giri N. C., Alharbi M. Performance enhancement of sensorless induction motor drive using modified direct torque control techniques for traction application. Alexandria Engineering Journal. 2024. Vol. 108. P. 518–538. https://doi.org/10.1016/j.aej.2024.07.095.
Plakhtiy А., Nerubatskyi V., Tsybulnyk V. Stabilization of voltages on capacitors of cells in modular multilevel inverters with space-vector PWM. Вісник НТУ «ХПІ». Серія: Електричні машини та електромеханічне перетворення енергії. 2019. № 20 (1345). С. 42–52. https://doi.org/10.20998/2409-9295.2019.20.06.
Goolak S., Kyrychenko M. Thermal model of the output traction converter of an electric locomotive with induction motors. Problemele Energeticii Regionale. 2022. No. 3(55). P. 1–16. https://doi.org/10.52254/1857-0070.2022.3-55.01.
Vijayan V., Ashok S. High-performance bi-directional Z-source inverter for locomotive drive application. IET Electrical Systems in Transportation. 2015. Vol. 5, Iss. 4. P. 166–174. https://doi.org/10.1049/iet-est.2014.0053.
Zhang R., Lin F., Yang Z., Cao H., Liu Y. A harmonic resonance suppression strategy for a high-speed railway traction power supply system with a SHE-PWM four-quadrant converter based on active-set secondary optimization. Energies. 2017. Vol. 10, Iss. 10. 1567. https://doi.org/10.3390/en10101567.
Kejian S., Konstantinou G., Jing L., Mingli W., Agelidis V. G. High performance control strategy for single-phase three-level neutral-point-clamped traction four-quadrant converters. IET Power Electronics. 2017. Vol. 10, Iss. 8. P. 884–893. https://doi.org/10.1049/iet-pel.2016.0153.
Плахтій О. А., Нерубацький В. П., Гордієнко Д. А., Цибульник В. Р. Аналіз енергоефективності трирівневих автономних інверторів напруги в режимі перемодуляції. Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. 2019. № 4. С. 3–12. https://doi.org/10.18664/ikszt.v0i4.177089.
Plakhtii O., Tsybulnyk V., Nerubatskyi V., Mittsel N. The analysis of modulation algorithms and electromagnetic processes in a five-level voltage source inverter with clamping diodes. 2019 IEEE International Conference on Modern Electrical and Energy Systems (MEES). Proceedings. 2019. P. 294–297. https://doi.org/10.1109/MEES.2019.8896567.
Нерубацький В. П., Плахтій О. А., Карпенко Н. П., Гордієнко Д. А., Цибульник В. Р. Аналіз енергетичних процесів у семирівневому автономному інверторі напруги при різних алгоритмах модуляції. Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. 2019. Том 24, № 5. С. 8–18. https://doi.org/10.18664/ikszt.v24i5.181286.
Souad R., Zeroug H. Comparison between direct torque control and vector control of a permanent magnet synchronous motor drive. 2008 13th International Power Electronics and Motion Control Conference. 2008. https://doi.org/10.1109/EPEPEMC.2008.4635433.
Kolano K. New method of vector control in PMSM motors. IEEE Access. 2023. Vol. 11. P. 43882–43890. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2023.3272273.
Riabov I., Goolak S., Kondratieva L., Overianova L. Increasing the energy efficiency of the multi-motor traction electric drive of an electric locomotive for railway quarry transport. Engineering Science and Technology, an International Journal. 2023. Vol. 42. 101416. https://doi.org/10.1016/j.jestch.2023.101416.
Дубравін Ю., Ткаченко В., Співак О. Підвищення енергетичної ефективності тягового електропривода електровоза змінного струму. Збірник наукових праць ДУІТ. Серія «Транспортні системи і технології». 2021. Вип. 38. С. 36–52. https://doi.org/10.32703/2617-9040-2021-38-36-4.
Ma J., Luo C., Qiu L., Liu X., Xu B., Shou J., Fang Y. Recent advances in traction drive technology for rail transit. Journal of Zhejiang University-SCIENCE A. 2023. Vol. 24. P. 177–188. https://doi.org/10.1631/jzus.A2200285.
Liu G., Wu Y., Li K., Wang Y., Li C. Z. Development of high power SiC devices for rail traction power systems. Journal of Crystal Growth. 2019. Vol. 507. P. 442–452. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2018.10.037.
Nerubatskyi V., Plakhtii O., Hordiienko D., Khoruzhevskyi H. Prospects for the development of power electronics by application of technologies for production of power semiconductor switches based on silicon carbide. International scientific journal «Industry 4.0». 2020. Vol. 5, Iss. 4. P. 170–173.
Umegami H., Harada T., Nakahara K. Performance comparison of Si IGBT and SiC MOSFET power module driving IPMSM or IM under WLTC. World Electric Vehicle Journal. 2023. Vol. 14, Iss. 4. 112. https://doi.org/10.3390/wevj14040112.
Abdalgader I. A. S., Kivrak S., Özer T. Power performance comparison of SiC-IGBT and Si-IGBT switches in a three-phase inverter for aircraft applications. Micromachines. 2022. Vol. 13, Iss. 2. 313. https://doi.org/10.3390/mi13020313.
Poorfakhraei A., Narimani M., Emadi A. A Review of modulation and control techniques for multilevel inverters in traction applications. IEEE Access. 2021. Vol. 9. P. 24187–24204. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3056612.
Wang X., Zhang L., Wu P. Control and modeling of modular multi-level high voltage converter vector for rail trail traction. International Core Journal of Engineering. 2021. Vol. 7, Iss. 5. p. 299–307. https://doi.org/10.6919/ICJE.202105_7(5).0039.
Plakhtii O., Nerubatskyi V., Karpenko N., Ananіeva O., Khoruzhevskyi H., Kavun V. Studying a voltage stabilization algorithm in the cells of a modular six-level inverter. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2019. Vol. 6, No. 8 (102). P. 19–27. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.185404.
Ma F., Xu Q., He Z., Tu C., Shuai Z., Luo A. A railway traction power conditioner using modular multilevel converter and its control strategy for high-speed railway system. IEEE Transactions on Transportation Electrification. 2016. Vol. 2, Iss. 1. P. 96–109. https://doi.org/10.1109/TTE.2016.2515164.
Tanta M., Barros L. A. M., Pinto J. G., Martins A. P., Afonso J. L. Modular multilevel converter in electrified railway systems: Applications of rail static frequency converters and rail power conditioners. 2020 International Young Engineers Forum (YEF-ECE). 2020. https://doi.org/10.1109/YEF-ECE49388.2020.9171814.
Szeląg A., Jefimowski W., Maciołek T., Nikitenko A., Wieczorek M., Lewandowski M. Hybrid energy storage system for regenerative braking utilization and peak power decrease in 3 kV DC railway electrification system. Electronics. 2025. Vol. 14, Iss. 9. 1752. https://doi.org/10.3390/electronics14091752.
Kostenko I., Nezlina O., Maliuk S., Lysenko Y., Popovich D. Development of the traction system structure of a shunting diesel locomotive with a hybrid power supply scheme. Transport Systems and Technologies. 2024. No. 43. P. 100–110. https://doi.org/10.32703/2617-9059-2024-43-8.
Нерубацький В. П. Моніторинг технічного стану безколекторних тягових двигунів завдяки залученню цифрових технологій сьогодення. Тези доповідей 6-ї міжнародної науково-технічної конференції «Інтелектуальні транспортні технології» (Харків, УкрДУЗТ, 24–26 листопада 2025 р.). Харків: УкрДУЗТ, 2025. С. 81–83.
Нерубацький В. П. Ініціювання реалізації прикладного дослідницького проєкту з удосконалення енергоефективності тягових електричних двигунів локомотивів з урахуванням режимів функціонування тягових перетворювачів. Збірка наукових тез XIV наукової конференції «Наукові підсумки 2025 року» (Харків, 18 грудня 2025 р.). Харків: ПП «Технологічний Центр», 2025. С. 29.
Yingming T., Kenan D., Jianfeng Q., Li F., Yi C. A learning observer-based control strategy for PMSM with position sensor fault in railway. Control Engineering Practice. 2024. Vol. 142. 105705. https://doi.org/10.1016/j.conengprac.2023.105705.
Xie Q., Xu Q., Luo L., Tu Y., Song W. Sensorless induction motor control based on an improved full-order state observer. Energies. 2025. Vol. 18, Iss. 16. 4374. https://doi.org/10.3390/en18164374.
Qiu W., Zhao X., Tyrrell A., Perinpanayagam S., Niu S., Wen G. Application of artificial intelligence-based technique in electric motors: A review. IEEE Transactions on Power Electronics. 2024. Vol. 39, Iss. 10. P. 13543–13568. https://doi.org/10.1109/TPEL.2024.3410958.
Huang Z., Gong J., Xiao X., Gao Y., Xia Y., Wheeler P., Ji B. Artificial intelligence and digital twin technologies for power converter control in transportation applications: A review. IET Power Electronics. 2025. Vol. 18, Iss. 1. e70013. https://doi.org/10.1049/pel2.70013.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
