Введение к работе
Актуальность проблемы. В условиях развития рыночной экономики снижение стоимости перевозок обуславливает необходимость повышения техннко - экономических характеристик подвижного состава.
Большую часть парка электропоездов железных дорог России составляют электросекции постоянного тока типов ЭР1 и ЭР2, выпущенные в 1950-х - 1970-х годах Рижским вагоностроительным заводом (РВЗ). С1983 года РВЗ выпускал электропоезда ЭР2Р и ЭР2Т. Несмотря на то, что Демиховским и Торжокским заводами налажен выпуск электропоездов, стоит вопрос о продолжении эксплуатации электропоездов, выпущенных РВЗ.
Важное место в общем комплексе электрооборудования электропоездов постоянного тока занимает бортовая система электроснабжения (БСЭ), предназначенная для питания цепей управления, осветительных приборов, системы вентиляции и кондиционирования воздуха в салонах и кабинах машиниста электропоездов, заряда аккумуляторных батарей, питания двигателей компрессоров электропоезда.
В настоящее время на электроподвнжном составе (ЭПС) постоянного тока широко применяются источники питания бортовых цепей, выполненные на базе электромашинных преобразователей. К недостаткам электромашинных преобразователей следует отнести сильный шум и вибрацию при работе, большие затраты на техническое обслуживание, а также неудовлетворительные массо - габаритные показатели, низкий коэффициент полезного деііствия (к.п.д.) и высокую стоимость. Развитие силовой электроники позволяет создать статический преобразователь для БСЭ, не имеющий перечисленных недостатков.
Таким образом, создание БСЭ на основе полупроводниковых преобразователей как для модернизации эксплуатирующихся, так и для
оборудования вновь выпускаемых электропоездов постоянного тока является актуальной задачей.
Цель работы. Целью настоящей диссертации является сравнительный анализ возможных структур силовых цепей преобразователей электроэнергии для БСЭ электропоездов постоянного тока и выбор наиболее рациональной структуры, анализ электромагнитных процессов в системе "источник питания - преобразователь - асинхронный электродвигатель - исполнительный механизм" и разработка методики расчета звеньев преобразователей бортовых цепей - автономных инверторов напряжения и непосредственных преобразователей частоты.
Методика исследований. Теоретические исследования заключались в использовании морфологического метода для системного анализа структурных схем преобразователей, методов и алгоритмов для расчета параметров элементов БСЭ, метода математического моделирования для анализа электромагнитных процессов в преобразователях. При определении энергетических показателей БСЭ по мгновенным значениям электрических величин применен метод, разработанный проф. А.Ф. Крогери-сом.
Практическая реализация программы системного анализа выполнена с использованием языка программирования Turbo Pascal, математическое моделирование проводилось с использованием пакета прикладных программ PSpice.
При проведении экспериментальных исследований опытного образца преобразователя электроэнергии для системы бортового электроснабжения использовались известные методы электрических измерений с использованием измерительных приборов и электронных осциллографов.
Научная новизна работы состоит в комплексном исследовании БСЭ электропоездов постоянного тока; применении метода математического моделирования с использованием пакетов прикладных про-
грамм и разработанных моделей элементов БСЭ для расчетов переходных и установившихся процессов в системе "источник питания - преобразователь - вспомогательные цепи электропоезда", а также для определения энергетических показателей системы; оценке влияния потерь электроэнергии на компоновку преобразователя с воздушным охлаждением.
Практическая ценность работы состоит в рациональном выборе и разработке методики расчета параметров элементов и разработке предложений по совершенствованию принципиальных схем и алгоритмов управления преобразователей БСЭ электропоездов постоянного тока на основе математического моделирования и экспериментов на опытной секции электропоезда ЭР2. В результате экспериментов были предложены изменения в принципиальной схеме и конструкции преобразователя, позволившие уменьшить его массу на 22 % и габариты на 30 %, а также повысить к.п.д. преобразователя до 0,85.
Реализация работы. Разработанные методы были использованы при создании и испытаниях макетного образца преобразователя для питания бортовых цепей электропоезда ЭР2 совместно с Московским локо-мотиворемонтным заводом (МЛРЗ) и Институтом силовой электроники (г.Саранск), при проектировании БСЭ на основе статических преобразователей для электропоезда ЭД4, а также при модернизации опытного образца преобразователя для питания бортовых цепей электропоезда ЭР2 на АО "Электровыпрямитель" (г. Саранск).
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации и ее результаты докладывались и обсуждались на кафедре ''Электрическая тяга" Московского государственного университета путей сообщения (МИИТ) (г. Москва, 1996), на б международной научно-технической конференции "Проблемы развития локомотивострое-ния", 28-31 октября 1996г (г.Москва) и 2 международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы развития железнодо-
рожного транспорта". По результатам диссертации опубликованы 9 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав с выводами, основных результатов и выводов, списка литературы из 85 наименований и 3 приложений. Работа содержит страниц машинописного текста, таблиц, рисунков.
