Многофункциональный тиристорно-импульсный регулятор для аккумуляторного электротранспорта Архипов, Константин Алексеевич

Введение к работе

Актуальность работы. Погрузоразгрузочные работы, транспортировка массовых сыпучих и штучных грузов на короткие расстояния - непременный этап в производственном цикле различных видов транспорта и составная часть технологического процесса многих производственных предприятий.

Для выполнения этих задач широко применяется аккумуляторный электротранспорт (АЭТ), который можно подразделить на две наиболее многочисленные категории:

напольный безрельсовый электротранспорт (погрузчики, штабеле-ры, тележки, тягачи, электромобили) около 40% от общего числа;

рудничный электротранспорт. V

Несмотря на расширение конвейеризации, электровозная откатка остается основным видом транспорта по горизонтальным магистральным выработкам угольных шахт. Ею оснащено 80% откаточных выработок (по протяженности), и она обеспечивает около 70% грузоперевозок угля.

Локомотивный парк отрасли имеет более 25 тыс. электровозов: из них контактных около 30% и аккумуляторных около 70%. Другие виды локомотивов почти не применяются.

Аккумуляторная тяга имеет следующие преимущества по сравнению с двигателями внутреннего сгорания:

отсутствие выхлопных газов.

простота управления,

взрывобезопастность,

высокий к.п.д.,

пониженный уровень шума.

Основным недостатком аккумуляторного электротранспорта является необходимость периодических зарядов аккумуляторной батареи (АБ) в течение 6-8 часов ежесуточно на специально оборудованных зарядных станциях. Поэтому АЭТ более 25% времени простаивает на зарядных станциях.

Цель работы. Повысить эффективность АЭТ путем

1. снижения расхода энергии за счет импульсного регулирования напряжения и рекуперативного торможения;

2. ускорения заряда никель-железных аккумуляторных батарей током асимметричной формы;

3. повышения безопасности движения за счет применения электрического торможения;

4. использования технологических перерывов в работе для подзаряда аккумуляторной батареи.

.3

Основные задачи работы, —

разработка многофункционального тиристорно-импульсного регулятора (ТИР), обеспечивающего режимы пуска, рекуперативного торможения и заряда тяговой АБ, технико-экономическое обоснование эффективности его применения;

исследование процессов электрического торможения с учетом особенностей АЭТ;

разработка методики построения частотных характеристик замкнутых систем управления для выбора параметров ТИР;

исследование заряда никель-железных батарей током асимметричной формы с помощью многофункционального ТИР от сети постоянного и переменного напряжения;

- эксплуатационные испытания аккумуляторного электровоза на
строительстве Петербургского метрополитена.

Методика исследований. В работе использованы методы теории электрических цепей, электрических машин, импульсного регулирования, электрической тяги, численные методы решения дифференциальньк уравнений, математическое моделирование. Основные результаты подтверждены экспериментами на полномасштабной макетной установке мощностью 10 кВт (лаборатория электрической тяги ПГУПС), на опытном грузовом у электромобиле (РЭЗ), на опытном контактно-аккумуляторном электровозе і/ (Санкт-Петербургский метрополитен).

Научная новизна.

5. Разработаны рекомендации по режимам электрического торможения с учетом низкого питающего напряжения, малой остаточной э.д.с. и незначительной индуктивности тяговых двигателей акку-і/ муляторного электротранспорта;'

6. Предложен метрд расчета предельной частоты регулирования двухпозидионных систем с учетом параметров контура коммутации, позволяющий определять ограничения по коэффициентам заполнения.

7. Определены и экспериментально подтверждены особенности пульсации тока в цепи тяговых двигателей (ТД) при различных принципах управления регулятором напряжения.

8. Разработана математическая модель "Тяговый двигатель - ТИР" реализованная на ПЭВМ широкого применения, позволяющая выбирать алгоритм работы ТИР, обеспечивающий стабильные условия коммутации тиристоров при низком питающем напряжении.

Практическое значение. В соответствии с основными целями и задачами разработан и испытан многофункциональный ТИР, обеспечивающий режим тяги, электрического торможения и заряда аккумуляторных батарей

при минимальном количестве дополнительных полупроводниковых приборов и коммутирующих аппаратов.

Даны рекомендации по сокращению времени и повышению к.п.д. заряда никель-железных аккумуляторных батарей.

Реализация результатов работы. Результаты работы использованы при создании электрооборудования для электропогрузчиков с импульсным регулированием и опытного электромобиля на производственном объединении "Рижский электромашиностроительный завод". Устройство для заряда АБ асимметричным током по а.с. №503322 внедрено на Свердловской железной дороге. Устройства ТИР по а.с. №888313 и № 420074 внедрены на Ленинградском метрополитене, разработан и испытан контактно-аккумуляторный электровоз (а.с. № 1193737, 1546305, св. № 3845 на полезную модель).

Апробация результатов работы. Основные положения и результаты доложены и обсуждены на

9. Всесоюзной конференции по тиристорно-импульсному регулированию напряжения на ЭПС. МЭИ, Москва. 1971.

10. XVII научно-технической конференции. УЭМИИТ, Свердловск. 1973.

11. Научно-техническом совещании "Состояние и перспективы развития электромобильного транспорта". Леноблсовет НТО, Ленинград. 1976.

12. Конференции "Энергетическая электроника на транспорте". Севастополь. 1990.

13. Всесоюзной научно-технической конференции. Днепропетровск. 1990.

14. Всероссийской научно-практической конференции. ПГУПС. Совершенствование подвижного состава и его обслуживание. Санкт-Петербург. 1999.

По результатам работы опубликованы 5 статей, тезисы 6 докладов на научно-технических конференциях, получено 10 авторских свидетельств.

Объем работы. Диссертационная работа содержит 186 страниц машинописного текста, 43 страниц рисунков и библиографический список, включающий 148 наименований.