Введение к работе
Актуальность. В «Энергетической стратегии ОАО «РЖД» на период до 2010 года и на перспективу до 2030 года» отмечается необходимость снижения энергоемкости перевозочного процесса. В связи с чем, важное значение придается техническому перевооружению железнодорожного транспорта и улучшению тягово-энергетических показателей электроподвижного состава.
В настоящее время основной объем пригородных пассажирских перевозок на полигоне постоянного тока выполняется электропоездами ЭР2Р, ЭР2Т, ЭТ2, ЭТ2М, ЭД4М. На моторных вагонах этих электропоездов установлены четыре тяговых электродвигателя с номинальным напряжением 750В, которые постоянно соединены последовательно. Силовая схема вагона обеспечивает их работу в режиме тяги и электрического торможения.
Опыт эксплуатации показывает, что пусковые потери в реостатах этих электропоездов примерно в 1,5 раза выше, чем на электропоездах с перегруппировкой тяговых электродвигателей при пуске, а применение рекуперативного торможения позволяет сократить расход электроэнергии лишь на 7-10%.
Основными причинами низкой энергетической эффективности системы рекуперативного торможения этих электропоездов являются:
ограничение скоростного диапазона рекуперации;
отсутствие потребителей в контактной сети при рекуперации. Радикальным путем улучшения энергетической эффективности
пригородных электропоездов постоянного тока является применение систем импульсного регулирования напряжения (ИРН) при пуске и рекуперативном торможении.
Опыт работ по проектированию и успешному применению систем
импульсного регулирования напряжения накоплен в ВНИИЖТ, МИИТ, МЭИ, ПГУПС и других организациях.
Проблема отсутствия потребителей в контактной сети при рекуперации может быть решена установкой мощных накопителей электроэнергии на электропоездах, с целью поглощения электроэнергии рекуперативного торможения.
Целью работы является повышение энергетической эффективности пригородных электропоездов постоянного тока применением системы импульсного регулирования напряжения с емкостными накопителями электроэнергии.
Объект исследований: пригородный электропоезд постоянного тока ЭД4М.
Предметом исследования является система импульсного регулирования напряжения с емкостным накопителем энергии.
Задачи исследования:
обоснование типа бортового накопителя энергии рекуперативного торможения электропоезда;
определение параметров емкостного накопителем энергии;
- разработка алгоритмов управления системой импульсного
регулирования напряжения с емкостным накопителем энергии;
- разработка силовой схемы системы импульсного регулирования
напряжения с емкостным накопителем энергии;
разработка имитационной модели системы импульсного регулирования напряжения с емкостным накопителем энергии;
экспериментальные исследования системы импульсного регулирования напряжения с емкостным накопителем энергии. Методика исследований В диссертационной работе использовались методы расчета
электрических цепей, теория электрической тяги, экспериментальные исследования и моделирование с помощью компьютерных программ Matlab, Lab VIEW.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
Предложены алгоритмы управления системой импульсного регулирования напряжения с емкостным накопителем энергии, обеспечивающие коэффициент неравномерности тока менее 0,1 при переключении тяговых двигателей от емкостного накопителя к контактной сети в режиме разгона и рекуперативного торможения электропоезда. При этом минимальный коэффициент заполнения импульсных преобразователей должен быть не более 0,01.
Доказано, что запасенной в разработанном бортовом емкостном накопителе энергии рекуперативного торможения достаточно, для разгона электропоезда ЭД4М до скорости выхода на характеристику полного возбуждения.
Доказано, что применение ионисторов типа 303K303U позволяет минимизировать массо-габаритные показатели бортового накопителя энергии электропоезда.
Практическая ценность
Обоснована целесообразность применения ионисторов в схемах бортовых накопителей энергии пригородных электропоездов постоянного тока.
Доказана возможность снижения расхода энергии на движение электропоезда ЭД4М на 15% использованием системы импульсного регулирования напряжения с емкостным накопителем энергии.
Разработана система импульсного регулирования напряжения с емкостным накопителем энергии для пригородного электропоезда ЭД4М.
Достоверность основных теоретических положений и работоспособность предложенных технических решений подтверждены результатами экспериментальных исследований макетного образца системы импульсного регулирования напряжения с емкостным накопителем на лабораторном стенде.
Реализация и внедрение результатов работы:
Изготовлен, налажен и испытан макетный образец системы импульсного регулирования напряжения с емкостным накопителем энергии.
Апробация работы.
Диссертационная работа обсуждалась на заседаниях кафедры «Электрическая тяга» в 2009, 2010 и 2011 годах. Основные результаты работы прошли апробацию на: Научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых "Шаг в будущее", Санкт-Петербург, 2009, 2010; пятом и шестом международных симпозиумах Eltrans "Электрификация, инновационные технологии, скоростное и высокоскоростное движение на железнодорожном транспорте", Санкт-Петербург, 2009, 2011; пятнадцатой и шестнадцатой Санкт-Петербургской ассамблее молодых ученых и специалистов, Санкт-Петербург, 2010; научно-практической конференции "Транспорт-2010", Ростов-на-Дону, 2010; Научно-практической конференции студентов, аспирантов, и молодых ученых Электромеханического факультета ИрГУПС "Проблемы, решения, инновации транспорта Российской Федерации", Иркутск, 2010; Всероссийской молодежной научно-практической конференции с международным участием "Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке", Хабаровск, ДВГУПС, 2011.
Публикации.
Основные положения диссертационной работы опубликованы в 8
печатных работах, из них 4 публикации в изданиях, которые входят в перечень, рекомендованный ВАК Минобразования России.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации составляет 125 страниц, включая 71 рисунок, 17 таблиц. Библиографический список содержит 102 наименования.
