Повышение эффективности рекуперативного торможения электровозов постоянного тока путем использования в тяговой сети инерционного накопителя энергии со встроенной вентильно-индукторной электрической машиной тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат технических наук Петрушин, Дмитрий Александрович

• Петрушин, Дмитрий Александрович
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Петрушин, Дмитрий Александрович

СОДЕРЖАНИЕ

Список принятых сокращений

ВВЕДЕНИЕ

1 Обоснование использования инерционных накопителей энергии в системе тягового электроснабжения железных дорог для приема и последующего использования энергии рекуперации

1.1 Требования к сети тягового электроснабжения при рекуперации электрического подвижного состава. Постановка задачи

1.2 Рекуперативное торможение на действующем и перспективном ЭПС17

1.3 Показатели качества электрической энергии тяговой сети

1.4 Анализ показателей надежности и качества работы основных потребителей тяговой системы электроснабжения

1.5 Обоснование использования инерционных накопителей энергии в системе тягового электроснабжения

Выводы по главе 1

2 Математическое моделирование вентильно-индукторной электрической машины

2.1 Математическая модель и алгоритм расчета вентильно-индукторной электрической машины

2.2 Расчет магнитного поля вентильно-индукторной электрической машины

2.3 Расчет показателей вентильно-индукторной электрической машины в режиме накопления энергии и отдачи ее в тяговую сеть

Выводы по главе 2

3 Математическое моделирование системы тягового электроснабжения с инерционным накопителем энергии

3.1 Выбор метода расчета режимов работы инерционного накопителя энергии в системе тягового электроснабжения

3.2 Структурная схема модели

3.3 Параметры тяговой подстанции и тяговой сети в схеме замещения

3.4 Расчет энергоемкости инерционного накопителя энергии

3.5 Расчет маховика на прочность

3.6 Расчет режимов работы инерционного накопителя энергии в системе тягового электроснабжения

Выводы по главе 3

4 Экспериментальные исследования и рекомендации по внедрению инерционного накопителя энергии

4.1 Полупроводниковая элементная база инерционного накопителя энергии

4.2 Физическое моделирование инерционного накопителя энергии

4.3 Рекомендации по внедрению инерционных накопителей энергии

Выводы по главе 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Акт об йспользовании результатов диссертационной работы в учебном

процессе

Список принятых сокращений

АТП - асинхронный тяговый электропривод БФПИ - блок формирования питающего импульса ВИМ - вентильно-индукторная электрическая машина ВИГ - вентильно-индукторный генератор ВИП - вентильный индукторный электропривод

ВНИИЖТ ОАО - Всероссийский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта. Открытое акционерное общество ВСЖД - Восточносибирская железная дорога ДВЖД - Дальневосточная железная дорога ДПР - датчик положения ротора ИНЭ - инерционный накопитель энергии ИТМ - «интеллектуальные» транзисторные модули КПД - коэффициент полезного действия МКЭ - метод конечных элементов

МВ - мотор-вентилятор для охлаждения тяговых двигателей НЭВЗ - Новочеркасский электровозостроительный завод НИЛ - научно-исследовательская лаборатория

ОАО РЖД - открытое акционерное общество «Российские железные дороги»

ОПН - ограничитель перенапряжения

ПСН - преобразователь собственных нужд

СТЭ - система тягового электроснабжения

ТП - тяговая подстанция

ТЭД - тяговый электродвигатель

ЦГТП - центральная процессорная плата

ШИМ - широтно-импульсная модуляция

ЭПС - электрический подвижной состав

ЭМП - электромагнитный подшипник

ЮРГТУ - Южно-Российский государственный технический университет

IGBT - Insulated Gate Bipolar Transistor (биполярный транзистор с изолированным затвором)

IGCT - Integrated Gate-Commutated Thyristor (запираемый тиристор с интегрированным блоком управления)

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности рекуперативного торможения электровозов постоянного тока путем использования в тяговой сети инерционного накопителя энергии со встроенной вентильно-индукторной электрической машиной»

ВВЕДЕНИЕ

Российские железные дороги занимают ведущее место среди других видов транспорта. Их доля в грузообороте транспортной системы России по данным официального сайта компании ОАО «РЖД» составляет 43 %, в пассажиро-обороте - 32,7%. Протяженность электрифицированных линий к 2012 году составила 43,3 тыс. километров. ОАО «РЖД» входит в число крупнейших потребителей электроэнергии России - потребление достигает 6 % от всей вырабатываемой электроэнергии в стране. СТЭ железных дорог насчитывает более 1 400 тяговых подстанций.

В соответствии с политикой государства, направленной на внедрение энергосберегающих технологий во всех сферах экономики [1, 2], в ОАО «РЖД» утверждена «Энергетическая стратегия ОАО РЖД до 2015 года и на перспективу до 2030 года» [3]. Данным документом акцентируется внимание на характеристиках энергоэффективности при внедрении новых и модернизации существующих решений по всем техническим средствам и технологиям железнодорожного транспорта.

Значительным резервом повышения энергоэффективности работы железнодорожного транспорта является создание условий для сохранения и последующего использования энергии рекуперации ЭПС.

В настоящее время на сети железных дорог производится замена и обновление локомотивного парка на локомотивы нового поколения с повышенной энергоэффективностью, улучшенными тяговыми свойствами, с рекуперацией энергии. Однако инфраструктура СТЭ не в полной мере отвечает современным требованиям по эффективному использованию энергии рекуперации. В местах, где ТП не оборудованы инверторными преобразователями, по прежнему используются мощные балластные резисторы, рассеивающие в тепло энергию, поступающую от рекуперирующего поезда. А с другой стороны, инвертирование и передача избыточной энергии в первичную систему электроснабжения является экономически невыгодной из-за неудовлетворительного качества по-

ступающей энергии, содержащей высшие гармонические составляющие, вносимые преобразовательными устройствами.

Проблемны совершенствования рекуперативного торможения являются актуальными для ОАО «РЖД»: так согласно плану научно-технического развития на 2012г. выполнены следующие работы по повышению качества рекуперативного торможения на тему: «Разработка рекомендаций по применению рекуперативного торможения на типовых участках железных дорог постоянного и переменного тока».

Для повышения эффективности рекуперативного торможения в тяговой сети целесообразно в местах, где часто применяется электрическое торможение ЭПС, устанавливать устройства, позволяющие поглощать и накапливать энергию рекуперации ЭПС, а также, по определенному алгоритму поставлять дополнительное количество энергии в СТЭ для тяги поездов. В результате этого снизятся удельные затраты на тягу поездов, и не только за счет повторного использования энергии накопленной в массе поезда, но и за счет того, что контуры прохождения токов от рекуперирующего поезда по линиям тяговой сети будут короче, что повысит результирующий КПД сети электроснабжения. Также улучшится качество электроснабжения ЭПС, отклонения напряжения от номинального значения станут меньше, увеличится надежность тягового и вспомогательного оборудования ЭПС [4].

Данным ¡направлением занимались многие отраслевые научные школы нашей страны: ВНИИЖТ, ПГУПС, МИИТ, СамГУПС, ИрГУПС, ОмГУПС, РГОТУПС, РГУПС, ДВГУПС, ОИВТ РАН, РНЦ «Курчатовский институт», НТЦ «Синтез» НИИЭФА и др. Большой вклад в исследование данной области внесли ученые: Ю.М. Астахов, М.П. Бадер, A.C. Бочев, А.Т. Бурков, Д.А. Бут, A.JI. Быкадоров, В.А. Винокуров, Н.В. Гулиа, B.JI. Григорьев, Б.Е. Дынькин,

A.M. Иванов, Ю.М. Иньков, Е.Ю. Клименко, Б.И. Косарев, A.B. Котельников, P.P. Мамошин, Г.Г. Марквардт, К.Г. Марквардт, В.А. Матюшин, В.В. Менухов,

B.Н. Пупынин, Г.Г. Рябцев, А.Н. Савоськин, Э.В. Тер-Оганов, В.П. Феоктистов, Е.П. Фигурнов^ М.В. Шевлюгин, В.Т. Черемисин и другие.

Отличительной особенностью предлагаемого технического решения от существующих вариантов является то, что в качестве накопителей энергии предлагается использовать ИНЭ со встроенной ВИМ [5]. Это позволит при более низкой стоимости по сравнению с аналогичными устройствами получить накопитель энергии, обладающий следующими достоинствами:

- высокая надежность,

- высокие удельные показатели,

- высокий КПД в режимах накопления и отдачи энергии в тяговую сеть,

- высокое быстродействие при переходе из режима накопления в режим отдачи энергии и наоборот,

- экологическая безопасность.

В диссертационной работе основное внимание уделено процессам взаимодействия рекуперирующего поезда и накопителя энергии, подключенного к тяговой сети.

Объекты исследования: ЭПС, тяговая сеть, ИНЭ со встроенной ВИМ

Цель исследований: повышение эффективности рекуперативного торможения электровозов постоянного тока путем использования в тяговой сети ИНЭ со встроенной ВИМ.

Предмет исследования: методы, модели и критерии оценки показателей работы ЭПС с использованием ИНЭ в составе тяговой сети.

Для достижения указанной цели решены следующие задачи:

- обоснована целесообразность использования ИНЭ со встроенной ВИМ в составе тяговой сети для приема и последующего использования энергии рекуперации;

- разработана математическая модель ВИМ в составе ИНЭ, позволяющая исследовать режимы приема энергии рекуперации и режимы отдачи энергии в СТЭ;

- разработана имитационная модель в системе МаЛаЬ (8ипиНпк) тяговой сети, ИНЭ с ВИМ и электровоза постоянного тока для исследования качества процессов при рекуперации энергии;

- исследованы на имитационной модели процессы рекуперативного торможения электровоза, разработана методика определения составляющих потерь при рекуперативном торможении и сохраненной в накопителе энергии рекуперации электровоза;

- проведены экспериментальные исследования полученных теоретических положений на испытательном стенде макетного образца ИНЭ.

Методы исследования. При решении поставленных задач в области математического моделирования электромеханических систем использовался комбинированный метод теории поля и теории электрических цепей, а при расчетах показателей совместной работы СТЭ, ЭПС и ИНЭ использовался пакет визуального блочного имитационного моделирования 8шшНпк матричной системы Ма1:ЬаЬ.

Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:

- предложено для качественного приема и последующего использования энергии рекуперации электровозов постоянного тока использовать в составе тяговой сети ИНЭ со встроенной ВИМ;

- разработана математическая модель ВИМ в составе ИНЭ, в которой получены составляющие электромеханического преобразования энергии, позволяющие наглядно выделить и произвести анализ физической сущности происходящих процессов;

- разработан алгоритм расчета и проведены исследования режимов накопления энергии рекуперации в тяговой сети постоянного тока с использованием ИНЭ;

- определено, что среди известных электромеханических преобразователей энергии ВИМ обладает наилучшим сочетанием параметров, в том числе высоким быстродействием при переходе из двигательного режима в генераторный, для обеспечения эффективности рекуперативного торможения;

- даны рекомендации по установленной мощности, расположению и рациональному использованию ИНЭ в составе тяговой сети.

Практическая ценность. Предложенный ИНЭ со встроенной ВИМ имеет практическую ценность при работе в составе тяговой сети, так как он позволит более эффективно использовать энергию рекуперации ЭПС и снизить удельные затраты на тягу поездов.

Реализация результатов работы. Теоретические и практические результаты диссертации используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО РГУПС при чтении дисциплин: Спецкурс №1 (Энергосберегающие технологии на железнодорожном транспорте) и «Тяговые электрические машины». Научные положения, выносимые на защиту:

- анализ существующих технических решений для повышения эффективности рекуперативного торможения и обоснование предложений по использованию ИНЭ со встроенной ВИМ для качественного приема и последующего использования энергии рекуперации;

- математическая модель и результаты математического моделирования ВИМ в составе ИНЭ, позволяющие оценить преимущества предложенного технического решения;

- имитационная модель в системе Ма1:ЬаЬ (ЗшшНпк) и результаты имитационного моделирования тяговой сети, ИНЭ с ВИМ и электровоза постоянного тока, позволяющие оценить эффективность рекуперативного торможения, в том числе качество переходных процессов при рекуперации энергии;

- результаты физического моделирования ИНЭ со встроенной ВИМ. Достоверность и обоснованность основных полученных результатов

диссертационной работы обеспечены:

- корректностью принятых допущений при математическом моделировании физических процессов;

- использованием современного программного обеспечения при проведении расчетов на ЭВМ;

- сопоставлением данных математического и физического моделирования

ИНЭ со встроенной ВИМ.

Апробация работы. Основные материалы и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: международной научно-практической конференции «Проблемы автоматизированного электропривода» в г. Одесса, 2006 год; 44-й всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии железнодорожному транспорту и промышленности» ДВГУПС, Хабаровск, 2006 год; всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2006» РГУПС, 2006 год; международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития транспортного комплекса: образование, наука, производство» РГУПС, Ростов - на - Дону, 2009.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ, из которых 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 126 наименований. Общий объем работы 129 страниц текста, 46 рисунков, 11 таблиц.

1 Обоснование использования инерционных накопителей энергии в системе тягового электроснабжения железных дорог для приема и последующего использования энергии рекуперации

1.1 Требования к сети тягового электроснабжения при рекуперации электрического подвижного состава. Постановка задачи

При рекуперативном торможении ЭПС электрическая энергия, вырабатываемая тяговыми двигателями, передается через тяговую сеть потребителям: электровозам и электропоездам, работающим в тяговом режиме, при их отсутствии - инвертируется в первичную энергосистему с помощью инверторных преобразователей (если они имеются на ТП), а в ряде случаев - гасится на мощных активных сопротивлениях. Схема возможных вариантов использования избыточной энергии рекуперации приведена на рис. 1.1.

На фидерных зонах, где осуществляется рекуперативное торможение, появляется подвижной источник энергии, который, повышая свое напряжение, разгружает подстанции и повышает напряжение в тяговой сети, тем самым улучшая условия работы локомотивов, работающих в тяговом режиме [39].

Рисунок 1.1— Схема вариантов использования энергии рекуперации ЭПС

Наиболее экономичным при рекуперации является такой режим, при котором вся вырабатываемая электровозом энергия передается находящимся поблизости локомотивам, работающим в режиме тяги. Однако на дорогах постоянного тока всегда необходимо иметь резервных потребителей, так как в отдельные периоды времени потребляемые поездами токи могут оказаться недостаточными. Тогда не удастся обеспечить выработку необходимого количества электрической энергии и не будет обеспечена необходимая тормозная сила [39].

Для передачи удаленным электровозам энергии рекуперации на рекуперирующем локомотиве необходимо значительно увеличить напряжение. А так как оно ограничено значением Umax = 4000 В то, если при этом не достигается необходимый ток рекуперации, приходится создавать приемники избыточной энергии рекуперации и располагать их достаточно близко к местам рекуперации, чтобы при напряжении на токоприемнике локомотива не превышающем 4000 В, можно было бы получить необходимый ток рекуперации [39]. В качестве таких приемников избыточной энергии используются мощные резисторы (поглощающие устройства), в которых энергия рассеивается безвозвратно.

На рис. 1.2 (а) показано подключение поглощающего сопротивления (ПС) к тяговой сети, а на рис. 1.2 (б) - схема потоков электрической энергии при таком способе приема избыточной энергии рекуперации.

В диссертационной работе поставлена задача: обосновать техническую и экономическую целесообразность установки вместо (или вместе, для обеспечения резервирования) поглощающих резисторов накопителей энергии, способных в нужные моменты времени принимать или отдавать избыточную энергию, полученную от ЭПС. Отличительной особенностью предлагаемого технического решения является применение новых современных материалов и технических средств в таком составе, который обеспечит, по мнению автора, наилучшее сочетание цены/качества при решении поставленной задачи.

На рис. 1.3 (а) показано подключение ИНЭ, а на рис. 1.3 (б) схематично показан обмен энергией между элементами СТЭ при участии ИНЭ.

а)

а)

б)

в

эпс

4

к

ПС

Рисунок 1.2 - Прием избыточной энергии рекуперации поглощающими сопротивлениями. К - коммутационная аппаратура, В

выпрямительный агрегат

6)

В

ЭПС

К2

К1

ИНЭ

Рисунок 1.3 - Применение ИНЭ на ТП. ИНЭ - накопитель энергии; К1, К2 - коммутационная аппаратура

Для эффективного использования энергии рекуперации требуется учесть особенности работы рекуперирующего ЭПС в составе СТЭ.

Напряжение 11эл , которое должно быть в тяговой сети у локомотива для установления тока рекуперации 1ь определяется из выражения [39]:

(1.1)

где иш- напряжение на шинах ТП при избыточном токе 1ь ЯТс - сопротивление тяговой сети от ЭПС до ТП.

При осуществлении рекуперативного торможения необходимо выполнить условие: повышение напряжения на электровозе должно приводить к увеличению тока рекуперации для обеспечения необходимого тормозного усилия.

Рассмотрим простейший случай: одна ТП с резисторным приемником энергии в несколько ступеней и один рекуперирующий поезд. Пусть других локомотивов на линии нет, и весь ток рекуперации поступает на ТП (рис. 1.4) [39].

Рисунок 1.4 - Распределение напряжения в линии при одной тяговой подстанции и одном рекуперирующем поезде: иш - напряжение на шинах ТП, Иэл -напряжение на токоприемнике электровоза, Яте - сопротивление тяговой сети

В этом случае должна быть обеспечена такая схема включения ступеней резистора, чтобы машинист, поднимая напряжение на электровозе, тем самым вызывал включение одной ступени за другой. При уже включенной первой ступени машинист, поднимая напряжение, будет изменять ток в незначительных

пределах до прямой 01 (рис 1.5). Напряжение включения второй ступени должно быть выше напряжения в точке А не менее чем на необходимый запас, обеспечивающий надежность работы включающего устройства 2-й ступени. Остальные ступени включаются аналогично. Для включения последней 4-й ступени машинисту придется поднять напряжение до точки а после перехода на 4-ю ступень, когда установятся ток и напряжение на подстанции, соответствующие точке Р, на электровозе будет напряжение, соответствующее точке Б. Наивысшее напряжение, соответствующее точке Ы, не должно быть выше допустимого на электровозе (4000 В) [39]. Переключение ступеней реостата вызывает в цепи тяговых электродвигателей броски тока из-за возросшей разницы между напряжением в тяговой сети и ЭДС тяговых двигателей, что отрицательно сказывается на плавности хода поезда.

Рисунок 1.5 - К определению напряжения включения ступеней приемника избыточной энергии и напряжения на электровозе. Ubi - Ub4~ линия включения ступеней реостата, иэл - напряжение на электровозе

и

4

I

0

Таким образом, основная сложность организации режима рекуперативного торможения заключается в необходимости, с одной стороны, обеспечить ток

рекуперации в требуемом диапазоне для создания необходимого тормозного усилия и, с другой стороны, не выйти за ограничение по предельно допустимому напряжению на токоприемнике. Чем дальше от ТП находится рекуперирующий электровоз, тем выше надо поднимать напряжение на электровозе для обеспечения необходимого тормозного усилия, и тем больше потери в тяговой сети. Например, для случая рис. 1.4, при токе рекуперации электровоза ВЛ10 1200 А, при схеме соединения двигателей П (двигатели соединены попарно параллельно) ток каждого ТЭД составит 300 А. При удалении ЭПС от ТП на 5 км, сопротивление тяговой сети составит 0,286 Ом. Падение напряжения в тяговой сети согласно выражению (1.1) составит 343 В. Если приемник энергии рекуперации находится в непосредственной близости от рекуперирующего ЭПС или непосредственно на нем и может принять всю энергию рекуперации, то в тех же условиях при схеме соединения двигателей П, ток каждого ТЭД составит 300 А и, пренебрегая переходными сопротивлениями коммутационной аппаратуры, разность между напряжением на токоприемнике и ЭДС тяговых двигателей составит 19 В согласно выражению [39]:

иэп=Еэл-1РЯа,

где Еэл - ЭДС, 1Р - ток рекуперации, Яа =0,0317 Ом - сопротивление цепи якоря ТЭД ТЛ2К.

1.2 Рекуперативное торможение на действующем и перспективном ЭПС

Стратегией инновационного развития ОАО "РЖД" на период до 2015 года (Белая книга ОАО "РЖД") в пункте «5.9. Повышение энергетической эффективности основной деятельности в области тягового подвижного состава» предусмотрена замена и обновление локомотивного парка на локомотивы нового поколения с повышенной энергоэффективностью, улучшенными тяговыми свойствами, с рекуперацией энергии.

Совершенствование конструкции ЭПС, использование бесколлекторных

тяговых электродвигателей и микропроцессорных систем управления движени-

17

ем позволяют упростить действия машиниста при использовании рекуперативного торможения. Большая часть его функций передается «интеллектуальным» техническим системам. Причем рекуперативному торможению на новых моделях ЭПС отдается приоритет. Только при невозможности обеспечить заданный режим движения, а также при экстренной остановке поезда включаются другие ч виды торможения.

На ЭПС с тяговыми двигателями постоянного тока, который еще эксплуатируется на железных дорогах РФ, например, ВЛ10, рекуперативное торможение возможно на всех трех соединениях тяговых двигателей: в диапазоне скоростей от 13 до 25 км/ч - на последовательном; от 25 до 52 км/ч на последовательно-параллельном; от 52 до 100 км/ч - на параллельном. На электровозе ВЛ10 для перехода на режим рекуперативного торможения производят сле-,, дующие действия [15]:

1. Включают двигатели вентиляторов на высокую частоту вращения.

2. Включением кнопки «Возбудители» запускают преобразователи.

3. Реверсивно-селективную рукоятку ставят на одно из трех положений, в зависимости от соединения тяговых электродвигателей.

4. Ставят тормозную рукоятку на 2-ю позицию, затем главную на 1-ю позицию и контролируется ток в обмотке возбуждения 180-200 А при нормальной работе.

5. Перемещением тормозной рукоятки контроллера в сторону 15-й позиции увеличивают ток возбуждения тяговых двигателей до появления тока в цепи якорей (около 100 А).

6. Дальнейшее регулирование тормозного усилия и скорости осуществляется тормозной рукояткой контроллера.

Прекращение рекуперации и переход на тяговый режим также связан с определенными действиями машиниста, которые требуют внимания, опыта и достаточно высокой квалификации.

С целью повышения надежности работы ЭПС, снижения доли «человеческого фактора» при аварийных ситуациях часть функций машиниста на ЭПС

с тяговыми асинхронными электродвигателями берет на себя микропроцессорная система управления.

На электровозах отечественного производства ЭП10 предусмотрен режим рекуперации энергии. Помимо рекуперативного торможения электровоз оборудован и реостатным. Приоритет имеет рекуперативный тормоз, то есть всегда при электрическом торможении сначала включается рекуперативный тормоз, и лишь при невозможности рекуперировать, система управления переводит электровоз в режим реостатного торможения. На пульте машиниста имеется выключатель 865(866) «ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОРМОЗ». Если этот выключатель включен, то при электрическом торможении система управления создает режим рекуперативного торможения, в противном случае электрического тормоза не будет. Предусмотрена возможность совместного применения электрического тормоза электровоза и пневматического тормоза поезда, что контролируется системой управления движением.

Режим электрического торможения создается за счет реверсирования управления ОТО - тиристорами инверторов тяговых преобразователей, никаких релейно-контакторных переключений при этом не происходит.

На высокоскоростных поездах «Сапсан», поставляемых фирмой «Сименс», скоростью движения управляет компьютерная система АУДиТ (Автоматическое управление движением и торможением). Компьютер поддерживает скорость на заданном уровне независимо от рельефа. На экране машинист видит три показателя: зеленые цифры обозначают заданную скорость, красные -максимально разрешенную скорость на данном участке пути, белые - фактическую скорость движения поезда. Машинист не может выставить скорость выше разрешенной по регламенту, в противном случае произойдет автоматическое торможение.

Рукоятка тормоза определяет интенсивность торможения. Непосредственно тормозными усилиями управляет компьютер. С помощью расположенной на рукоятке кнопки машинист выбирает один из трех режимов движения. В нормальном режиме приоритет отдается рекуперативному торможению двига-

телями, при котором поезд вырабатывает электроэнергию и отдает ее в тяговую сеть. При необходимости подключаются пневматические дисковые тормоза. В пропорциональном режиме, используемом в плохую погоду, тормозное усилие делится поровну между двигателями и пневматикой.

Основной экран показывает напряжение в контактном проводе, потребляемую силу тока, мощность и тяговые усилия каждого из четырех двигателей, в том числе в режиме рекуперативного торможения.

Дальнейшее совершенствование рекуперативного торможения на сети железных дорог и увеличение его энергоэффективности связано модернизацией и расширением возможностей СТЭ. Необходимо, как это отмечено в Энергетической стратегии железнодорожного транспорта: «Широкое использование энергоемких накопителей энергии в основных технологических процессах энергопотребления и генерации энергии...».

1.3 Показатели качества электрической энергии тяговой сети

Нормальный режим работы СТЭ - это режим, при котором параметры всех элементов системы не выходят за пределы допустимых по нормам значений. СТЭ обеспечивает питание контактной сети при расчетных размерах движения для условий наибольшего потребления электроэнергии. В нормальном режиме СТЭ работает с наиболее высокими технико-экономическими показателями.

Основное требование к системе электроснабжения или, точнее говоря, к режиму напряжения в тяговой сети сводится к тому, чтобы время хода поездов, заложенное в график движения, могло бы быть выполнено [39].

Для СТЭ характерно существенно неравномерное потребление энергии в разные моменты времени. Такая неравномерность обусловлена в основном изменением числа движущихся поездов в зоне питания ТП, характером профиля пути следования и токами, потребляемыми этими поездами или отдаваемыми в тяговую сеть в режиме рекуперативного торможения. В результате СТЭ испы-

тывает значительные пиковые нагрузки, особенно это ощутимо на постоянном токе. Непрерывное изменение нагрузки, характерное для СТЭ, вызывает изменение уровня напряжения, что приводит к потерям мощности как во внешней системе электроснабжения, так и внутри системы и пагубно сказывается на работе тягового и вспомогательного оборудования ЭПС. Особенно опасны скачки напряжения в тяговой сети при рекуперативном торможении, которые могут вызывать резкие изменения тока рекуперации вплоть до срыва рекуперативного торможения.

Устройство СТЭ регламентируется документом ЦЭ-462 «Правила устройства системы тягового электроснабжения железных дорог Российской Федерации» [7]. Для того чтобы оценить степень неблагоприятных условий эксплуатации тягового и вспомогательного оборудования подвижного состава с точки зрения энергообеспечения ниже приведены значения основных допустимых в эксплуатации показателей СТЭ.

Значения допустимых коэффициентов использования пропускной способности для компенсации внутрисуточных колебаний размеров движения принимаются равными: 0,85 - для однопутных железнодорожных линий; 0,91 - для двухпутных железнодорожных линий и дополнительных главных путей.

Коэффициент полезного действия СТЭ в нормальном режиме работы не должен быть ниже значений, приведенных в таблице 1.1.

Таблица 1.1- Коэффициент полезного действия устройств постоянного

тока

Устройства Коэффициент полезного действия устройств постоянного тока

Система тягового электроснабжения 0,90-0,92

Электровозы 0,85-0,90

Электропоезда 0,84-0,88

Расчетное напряжение на токоприемниках ЭПС (среднее значение за 3 минуты) должно быть не менее 2,7 кВ при постоянном токе.

На участках с максимальной скоростью движения пассажирских поездов свыше 160 км/ч напряжение на токоприемнике локомотива пассажирского поезда (среднее значение за 1 минуту) определяется без учета одновременного пропуска соединенных поездов и должно быть не ниже 2,9 кВ при постоянном токе.

Напряжение на токоприемниках локомотивов слабозагруженных участков допускается не менее 2,4 кВ при постоянном токе.

В нормальном рабочем режиме напряжение на тяговых шинах подстанций постоянного тока, как правило, не должно превышать 3,6 кВ.

На отдельных грузонапряженных участках в обоснованных расчетом случаях допускается повышение напряжения при нагрузках, близких к номинальным подстанции. Наибольшее допускаемое значение напряжения не должно превышать для подстанций постоянного тока 3,85 кВ.

На участках постоянного тока, где применяется рекуперация электрической энергии, рекомендуется снижение напряжения на подстанциях до 3,3 - 3,5 кВ, если это не повлияет на условия работы электроподвижного состава в режиме тяги.

Электромагнитная совместимость электроподвижного состава с системой тягового электроснабжения обеспечивается при соблюдении следующих показателей качества электрической энергии:

- действующее значение напряжений на шинах тяговых подстанций и токоприемниках ЭПС в нормальном и вынужденном режимах работы системы электрической тяги должно соответствовать приведенному в таблице 1.2;

- наибольшее мгновенное значение напряжения для ЭПС, оборудованных разрядниками, определяется с учетом характеристик используемых разрядников;

- на железнодорожных участках, где применяют рекуперативное торможение, допускается напряжение 4,0 кВ.

Таблица 1.2 - Действующее значение напряжения для режимов работы системы тягового электроснабжения

Режим работы системы тягового электроснабжения Напряжение Система постоянного тока Действующее значение напряжения, кВ

На шинах подстанции В контактной сети и на токоприемнике ЭПС

Все режимы Номинальное 3,3 3,0

Нормальный на железно- Наибольшее 3,6 3,6

дорожных участках со скоростями движения

Наименьшее 2,7

до 160 км/ч

Нормальный на железно- Наибольшее 3.6 3,6

дорожных участках со скоростями движения

Наименьшее 2,9

свыше 160 км/ч

Нормальный на слабоза-груженных железнодорожных участках Наибольшее 3,6 3,6

Наименьшее 2,4

Вынужденный Наибольшее 3,85 3,85

Наименьшее 2,2

Из приведенных выше показателей СТЭ следует, что условия работы электрического оборудования подвижного состава в значительной степени отличается в худшую сторону от работы аналогичного оборудования промышленности. Прежде всего, это связано с отклонениями величины питающего напряжения от номинального значения, что приводит к снижению эффективности рекуперативного торможения, а также к ухудшению показателей работы электрических машин, дополнительному нагреву и выходу их из строя.

1.4 Анализ показателей надежности и качества работы основных потребителей тяговой системы электроснабжения

Поскольку широкое применение ИНЭ с ВИМ позволяет не только снизить удельные расходы на тягу поездов, принимая энергию рекуперации, но и улучшить качество электроснабжения ЭПС, в частности снизить отклонения напряжения от номинального значения, то целесообразно провести обзор и анализ всех преимуществ применения ИНЭ в сети железных дорог.

Обеспечение требуемого графика движения поезда

Для электровозов с тяговыми двигателями постоянного тока при дли-

I

тельном снижении напряжения на токоприемнике и при ведении тяжеловесных составов есть вероятность срыва графика движения из-за невозможности реализовать необходимую силу тяги. Это иллюстрируется графиком на рис. 1.6 [39].

Р,и

Рисунок 1.6 - Характеристики тягового двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением. 1 - зависимость частоты вращения якоря двигателя от тока при напряжении 11ь 2 - то же при < Иь 3 - зависимость

силы тяги на ободе колеса от тока

Плавность хода поезда при рекуперативном торможении Даже при незначительных колебаниях в тяговой сети (в пределах допустимых значений) появляются резкие изменения тока рекуперации. Этот ток определяется разностью суммарной ЭДС последовательно соединенных ТЭД и напряжения в тяговой сети, деленного на сопротивление их обмоток. Сопротивление обмоток якорей ТЭД мало, поэтому даже небольшие резкие изменения разности ЭДС и напряжения тяговой сети вызывает большие броски тока ТЭД. Более того, при повышении напряжения в тяговой сети ток может поменять направление и вместо режима торможения электровоз перейдет в режим тяги. При понижении напряжения тяговой сети ток рекуперации резко увеличится, возрастет тормозной момент и в поезде возникнут толчки вследствие набегания хвостовых вагонов [51].

Коммутационная надежность тяговых двигателей постоянного тока Напряжение на коллекторах ТЭД зависит от схемы их включения (последовательное, последовательно-параллельное) и изменяется пропорционально изменению напряжения в тяговой сети или по закону, определяемому системой стабилизации, если она применена.

В эксплуатации нагрузка ТЭД при заданном режиме ведения поезда, частота его вращения и потери определяются средним значением напряжения на коллекторе. Предельные напряжения следует учитывать при проверке коммутационной устойчивости ТЭД и нагрева обмоток.

Условия охлаждения электрических машин

В условиях эксплуатации тяговые электродвигатели локомотивов работают на переменных нагрузках. Эти нагрузки могут быть выше и ниже номинальной. Как правило, системы охлаждения тягового привода реализуют расходы воздуха, позволяющие обеспечить температуры элементов электродвигателей в номинальных режимах их работы не выше допустимых значений для применяемых классов изоляции. Существующие системы охлаждения тяговых электродвигателей локомотивов не гарантируют поддержание температуры обмоток на допустимом уровне во всем диапазоне возможных нагрузок [8]. Тем-

о

- при снижении напряжения до 2700 В расход составил 75 м /мин, что на 32 % ниже необходимого;

- на низкой частоте вращения MB расход воздуха изменялся соответственно от

о

67 до 53 м /мин.

Таким образом, второй ТЭД регулярно недоохлаждается даже при наиболее благоприятных условиях. Установлено, что в реальных условиях эксплуатации электровозов BJI15 ТЭД TJI3 работают с током длительного режима достаточно продолжительное время, в результате чего температура нагрева обмоток якорей при высокой частоте вращения MB и напряжении 4000 В на 8 °С выше допустимой; при снижении напряжения контактной сети до 2700 В перегрев составляет 20 °С. Только при токе, составляющем 90-92 % от длительного тока при номинальном напряжении, и высокой частоте вращения MB можно обеспечить допустимую температуру обмоток [118].

При пониженном напряжении в тяговой сети на участках, электрифицированных на постоянном токе, чтобы уложиться в заданное время хода по участку, машинист может применить более глубокое, чем обычно, шунтирование поля и перегрузить якорь. В это же время частота вращения двигателя вентилятора, а следовательно, и количество охлаждающего тяговый двигатель воздуха будет относительно меньше и может привести к недопустимому перегреву ТЭД [118].

Регулярное нарушение теплового режима ТЭД вследствие пониженного напряжения в тяговой сети и сокращения расхода воздуха на вентиляцию приводит к ускорению старения изоляции.

Изоляционные материалы ТЭД и вспомогательных электрических машин

Анализ отказов, вызвавших плановые и неплановые ремонты электровозов, показывает, что значительная их доля приходится на ТЭД и вспомогательные электрические машины. Структура отказов такова, что от 50 до 65 % отказов электрических машин составляют электрические пробои изоляции, межвитковые замыкания обмоток и повреждение изоляции кабелей [118]. Скорость процессов механического разрушения материалов диэлектриков, снижение электрической прочности изоляции обмоток, а также время до разрушения зависят, соответственно, от структуры и свойств изоляци-

онного материала, от напряжения, температуры и других факторов. В тяговой сети всегда имеют место коммутационные изменения напряжения, вызванные изменением режимов работы ЭПС. Под влиянием повторяющихся кратковременных воздействий напряжения на материал диэлектрика наблюдается кумулятивный эффект и изменяется напряжение пробоя диэлектрика в зависимости от амплитуды и числа импульсов напряжения. Согласно исследованиям Н.А. Козырева электрическая прочность изоляции обмоток вращающихся электрических машин при многократном приложении напряжения может уменьшиться на 20 - 30 %.

Все вышеперечисленные факторы изменения напряжения питания ТЭД ухудшают их характеристики и повышают риск выхода из строя, прежде всего, коллекторного узла и якорных обмоток.

Вспомогательные электрические машины ЭПС работают в крайне тяжелых условиях Эксплуатации [9, 10]. Это связано не только с широким температурным диапазоном работы, высокой влажностью, запыленностью и большими вибрационными нагрузками. Одной из основных причин выхода из строя вспомогательных асинхронных электрических машин является их достаточно длительная работа при значительном отклонении питающего напряжения от номинального значения, даже в случаях, если параметры СТЭ не выходят за пределы нормативов. Выход из строя вспомогательных электрических машин - это системный процесс, который происходит вследствие жестких условий эксплуатации и в частности значительных отклонений напряжения в тяговой сети.

1.5 Обоснование использования инерционных накопителей энергии в системе тягового электроснабжения

Подвижной состав железных дорог при движении запасает значительное количество кинетической энергии. Системы управления тяговыми электроприводами могут обеспечить режим рекуперации в питающую сеть накопленной механической энергии при снижении скорости движения. Однако эффективность использования энергии рекуперации остается достаточно

низкой. Ее можно существенно повысить, применив ИНЭ. Эти накопители энергии являются дополнением энергетической инфраструктуры железнодорожных сетей. Например, пригородный электропоезд может отдавать в сеть до 40% потребленной им энергии. Исследования недельного графика расхода энергии показали [6], что в системах пригородного сообщения в среднем до 70% энергии рекуперации используется другими поездами, а остальные 30 % остаются невостребованными.

ИНЭ даст возможность оперативного перехода из режима накопления энергии в режим ее отдачи, снижая колебания уровня напряжения в контактной сети, как на главных линиях, так и на ответвленных или новых участках при удлинении линий от ТП. Широко применяя ИНЭ, можно значительно снизить капитальные и эксплуатационные затраты, например, отказавшись от строительства дополнительных ТП. Помимо этого, в случае применения ИНЭ достигается более равномерная электрическая нагрузка на все компоненты СТЭ, а также повышается их эксплуатационная надежность и увеличивается срок службы.

Если же в системе электроснабжения предусмотрены приемники энергии, готовые принять всю или необходимую часть выработанной энергии, то всегда будет возможность обеспечить рекуперирующему локомотиву необходимую тормозную силу [39].

В настоящее время имеется возможность использования приемника энергии рекуперации в виде накопителя энергии, который обладает такой внешней характеристикой, которая обеспечит не только ток рекуперации в требуемом диапазоне, но и снизит отклонения от номинального значения напряжения на токоприемнике электровоза. Для обеспечения этих преимуществ необходимо, чтобы накопитель в режиме накопления энергии мог потреблять ток не меньше, чем максимально допустимый ток рекуперации электровоза и располагался вблизи участка, где вероятны режимы рекуперации ЭПС. Например, при расположении накопителя энергии не далее 2 км от рекуперирующего ЭПС с тяговыми двигателями ТЛ2К (рис.1.8) для создания тока рекуперации 1200А, на-

пряжение на электровозе следует поднять с 3000 В до 3213 В (при этом принято сопротивление тяговой сети 0,0572 Ом/км) рис. 1.9.

и

и

инэ

и,

эл

_I_

ГШЭ

эпс

и

тс

Рисунок 1.8 - Расположение ИНЭ вблизи рекуперирующего электровоза

Рисунок 1.9 - Зависимость превышения напряжения на токоприемнике электровоза от тока рекуперации при удалении накопителя энергии, соответственно, на 1 км и 2 км

Совершенствование устройств, способных накапливать и хранить энергию, является актуальной задачей уже на протяжении длительного времени. Наряду с поиском принципиально новых технических решений идет процесс обновления на новом качественном уровне известных устройств, недостатки которых не позволяют широко их использовать. Ниже приведен обзор и анализ основных типов накопителей энергии наиболее вероятного применения для приема энергии рекуперации.

Батареи свинцовых и никель-кадмиевых аккумуляторов В качестве накопителей можно использовать батареи свинцовых и никель-кадмиевых аккумуляторов. Большую мощность кратковременно можно получить только при большой емкости батареи аккумуляторов, что обусловливает значительные размеры и массу накопителя. К другим недостаткам аккумуляторных батарей относятся невысокая циклическая стабильность и, следовательно, ограниченный срок службы, а также наличие в них кислоты,, свинца, кадмия и других экологически опасных веществ. Поэтому, существующие в настоящее время типы аккумуляторных батарей не могут быть использованы в качестве накопителей энергии для СТЭ. Сверхпроводниковые индуктивные накопители энергии Более перспективным устройством накопления энергии является сверхпроводниковый индуктивный накопитель энергии (СПИН), он не требует преобразования видов энергии, обладает высоким значением КПД, примерно 95 %, высоким быстродействием: полная смена одного режима работы на другой происходит за сотые доли секунды [11].

При изготовлении СПИН в основном используют материалы: сплав КГЬТл и соединение М^Бп. Граничная температура этих сверхпроводников находится в диапазоне от 9 до 15 К. Для поддержания сверхпроводящего состояния используют жидкий гелий, температура кипения которого 4,2 К (-269 °С). Ведутся работы по исследованию «высокотемпературной» сверхпроводимости, наступающей при температуре 78 К, которая достигается при использовании жидкого азота.

Однако СПИН представляет собой достаточно сложное и относительно дорогостоящее устройство, требующее для своей работы расхода энергии на поддержание низких температур для сверхпроводящего контура. К тому же для подключения его к тяговой сети необходимо сложное силовое преобразовательное устройство. Изготовление СПИН и преобразовательного устройства к нему возможно только на высокотехнологичном производстве и требует значительных затрат.

Накопители электрической энергии на основе суперконденсаторов

В последние годы существенно прогрессирует по своим характеристикам накопитель электрической энергии на основе суперконденсаторов [12].

Реальные результаты с выходом на коммерческий продукт в разработке мощных энергоемких суперконденсаторов (сотни и тысячи Фарад на элемент) достигнуты компаниями Maxwell (США), Matsuchita Electric Industrial (Япония), SAFT (Франция), EPCOS (Германия, подготовка производства по лицензии компании Maxwell) - конденсаторы с неводным электролитом; ЭСМА, ELIT, ECOND (Россия) - конденсаторы с водным электролитом.

В метро Мадрида с тяговым электроснабжением на постоянном токе с 2002 года эксплуатируется статический накопитель энергии SITRAS SES на основе конденсаторной батареи, которая состоит из 1300 конденсаторов результирующей емкостью 64 Ф. Накопитель позволяет стабилизировать напряжение тяговой сети и получить годовую экономию энергии 320000 кВт*ч. Масса накопителя 4,5 тонны, он помещается в двух шкафах с размерами (длина х ширина х высота): 2,8 х 0,7 х 2,7 м и 2,4 х 0,9 х 2,7 м.

Имеется опыт использования суперконденсаторов фирмы «Эсма» для ТП метрополитена. Размеры конденсаторной батареи будут зависеть от ее энергоемкости. По расчетам для пригородного сообщения на постоянном токе емкость должна составлять 35-50 Ф. При использовании конденсаторов «ЭКОНД» или «Технокор» типа ИКЭ-115/300, принимая во внимание размеры необходимого оборудования, а также, учитывая доступность к его монтажу, можно сде-

лать вывод, что площадь емкостного накопителя будет составлять примерно 10* 11м, при высоте в 3,9 м [13].

К недостаткам емкостных накопителей энергии следует отнести: относительно небольшое время хранения запасенной энергии вследствие процессов саморазряда, а также низкое напряжение одного элемента, что приводит к модульному характеру конструкции с большим числом контактных соединений и сказывается на надежности всей конструкции накопителя.

Инерционные накопители энергии

Давно известен способ хранения энергии, запасая ее во вращающейся массе вещества. Однако до настоящего времени этот метод не нашел массового применения, поскольку не найдено эффективного решения ряда проблем, стоящих перед создателями накопителей энергии, прежде всего:

- минимизация потерь при хранении энергии;

- обеспечение высоких удельных показателей (отношения количества запасенной энергии к массе самого накопителя);

- получение хороших динамических свойств (возможности за короткое время извлечь или отправить на хранение требуемое количество электроэнергии);

- эффективное решение вопросов безопасности;

- цена накопителя энергии должна обеспечивать достаточно быструю окупаемость затрат на изготовление.

Первоначально инерционный накопитель энергии Powerbridge был разработан компанией RWE Piller в Германии для использования в устройствах пониженного напряжения в качестве дополнения или замены аккумуляторных батарей. В соответствии с мощностью наиболее крупных тяговых систем он рассчитан на питание нагрузки мощностью 1650 кВА в течение 10 с, то есть на покрытие потребности в энергии при кратковременных перерывах питания сети.

К середине 2003 г. в эксплуатации находилось более 400 накопителей типа Powerbridge. Подключение их к сети постоянного тока и согласование с систе-

мой выполняется с минимальными затратами. Накопители Powerbridge эксплуатируются городской транспортной компанией Ганновера Üstra [14].

ИНЭ обеспечивает высокую гибкость при выборе места его подключения. Накопитель может быть установлен в любом месте вдоль контактной сети. В этом случае он способен заменить дополнительную тяговую подстанцию для поддержания в сети заданного уровня напряжения. Возможна также его установка непосредственно на тяговой подстанции для приема и накопления избытка рекуперируемой энергии. Последний вариант обеспечивает пониженные затраты на монтаж и подключение.

Еще более значительного сокращения затрат на установку можно добиться, если накопитель поставляется смонтированным в контейнере и полностью готов к подключению. Возможен вариант мобильного контейнерного инерционного накопителя, установленного на железнодорожной платформе. В этом случае он используется как передвижная тяговая подстанция для поддержания заданного уровня напряжения на определенных участках контактной сети.

Фирма AFS Trinity выводит на рынок источники бесперебойного питания Flywheel Power System (рис. 1.10), предназначенные для корпоративного применения. Маховичные накопители серий МЗ и М4 могут обеспечивать мощность 420^-2000 кВА и выдавать 650-900 В постоянного напряжения в течении 15-25 секунд. Таким образом, ИНЭ можно объединять в сети, повышая надёжность системы питания.

Компания SatCon Power Systems предлагает линейку накопителей Starsine, обеспечивающих поддержку питания в течение 12 секунд (рис. 1.11). Модели различаются мощностью (315-2200 кВА) и выходным напряжением (380-4160 В). Их монолитные стальные маховики вращаются со скоростью 1800-1980 мин"1 и начинают отдавать энергию через две секунды после падения напряжения в сети. Выработка напряжения начинается ещё позже, спустя 5-6 секунд, когда сработает система сцепления и запустится генератор [15].

Рисунок 1.10- Источник бесперебойного питания Flywheel Power System

Рисунок 1.11- Накопитель Starsine компании SatCon Power Systems

Компания Active Power выпускает накопители CleanSource, в которых маховики объединены с мотором/генератором в один агрегат (рис. 1.12).

Рисунок 1.13- Принципиальная схема магнитного подвеса накопителя С1еап8оигсе. 1 и 2 - магнитный подвес, состоящий из постоянных магнитов;

3 - маховик

Высокие технико-экономические показатели имеет инерционный накопитель энергии с магнитным подвесом, разработанный в Санкт-Петербурге (НИИ ИТЭЭ ГУАП) (рис. 1.14) [18].

корпус

ротор

статор

обмотка статора

магнитный подвес

Рисунок 1.14- Конструктивное исполнение ИНЭ

Это устройство представляет собой интегрированный накопительный комплекс и включает в себя маховик, двигатель/генератор, систему магнитного подвеса, вакуумированный корпус, систему поддержания вакуума, систему управления. Однако слабым звеном этого накопителя энергии является электромеханический преобразователь, в качестве которого выбрана электрическая машина с высококоэрцитивными постоянными магнитами на роторе. Магниты на основе Ыё-Бе-В очень чувствительны к перегреву (их температура не должна превышать 100+110 °С). Ситуация ухудшается и тем, что в условиях вакуума теплопередача от ротора возможна только излучением.

В таблице 1.3 приведены значения удельной энергии для рассматриваемых типов накопителей (энергии, приходящейся на единицу массы и времени ее вывода) [19].

Таблица 1.3 - Значения удельной энергии различных типов накопителей

Накопитель Удельная энергия, Дж/г Время вывода энергии, с

Со статической активной зоной Химический 102- 103 1 - 105

Индуктивный 1 - 10 10"3 -10

Емкостной 0,1-0,5 10"6 - ю-2

С динамической активной зоной Механический 10-Ю3 1 - 103

Электромеханический 1 - 10 Ю-2 - 10

Электродинамический 0,05 - 1 10"3-1(Г2

Обобщая приведенные данные о накопителях, следует отметить, что особое значение для накопителей энергии всех типов имеет согласование их характеристик с параметрами первичных источников энергии, нагрузочных элементов, коммутационной аппаратуры и т.д. Все типы накопителей энергии имеют свои характерные энергетические показатели, режимы работы,

пасного разрыва, не дающего осколков [24]: при превышении прочности маховика трение сверхтонких, постепенно рвущихся волокон, безопасно останавливает конструкцию накопителя. Помимо механической защиты от разрывов, в преобразователь встроен элемент защиты от разгона маховика до критической величины частоты вращения. Эффективность хранения энергии на маховике получается за счет концентрации основной массы на ободе.

В конструкции ИНЭ предусмотрена система защиты от аварийных режимов. Маховик со встроенным ротором ВИМ находится в подвешенном состоянии за счет электромагнитных подшипников. Для разгрузки электромагнитных подшипников используется аксиальный магнитный подвес, состоящий из высококоэрцитивных постоянных магнитов. В случае выхода из строя электромагнитных подшипников вся механическая нагрузка перераспределяется на страховочные подшипники скольжения, а встроенная в преобразователь автоматическая система контроля состояния ЭМП включает систему экстренного торможения. Вся конструкция ИНЭ заключена в вакуумной полости для минимизации потерь на трение. С целью поддержания высокой степени вакуума на ее внутреннюю поверхность кожуха наносится слой оксида железа, поглощающего кислород.

Для удаленного от населенных пунктов ИНЭ с длительным периодом работы без постоянного обслуживающего персонала важным параметром является его надежность. По этой причине ВИМ выбрана в качестве электромеханического преобразователя энергии прежде всего из-за своей высокой надежности работы, пожалуй самой высокой из известных электрических машин. Это объясняется простотой конструкции активной части, которая содержит минимальное количество элементов: магнитопровод статора из электротехнической стали с катушками медного провода на зубцах и магнитопровода ротора без обмотки, который соединен с маховиком и служит для замыкания и размыкания магнитной цепи двигателя.

Происхождение ВИМ, известной в англоязычной литературе, как SRM (Switched Reluctance Motor), прослеживается вглубь истории техники до 1842

Рисунок 1.18- Принципиальная схема силовой части одной фазы ВИМ

в составе ИНЭ

На рис 1.19 показана расчетная схема замещения. При этом сделаны следующие допущения: силовые полупроводниковые приборы заменены идеальными ключами, у которых время переключения бесконечно мало, активное сопротивление в замкнутом состоянии равно нулю, а в разомкнутом -бесконечности; катушки фазы ВИМ заменены последовательным соединением активного и переменного индуктивного сопротивлениями.

ie la

Рисунок 1.19 - Схема замещения одной фазы ВИМ

При вращении ротора относительно статора периодически изменяется индуктивность катушек. При совпадении зубцов статора и ротора индуктивность катушки максимальная, при удалении зубцов друг от друга - индуктивность уменьшается. Если производная индуктивности катушки по углу поворота ротора отрицательная (зубцы удаляются друг от друга), это соответствует генераторному режиму работы. В двигательном режиме значение производной индуктивности положительно [20].

ИНЭ на базе ВИМ имеет три основных режима работы: накопление энергии, ее хранение и поставки энергии в СТЭ. Выбор режима осуществляется электронным коммутатором (преобразователем), работающим по сигналам датчика угла поворота ротора и датчика напряжения тяговой сети.

Рассмотрим работу ВИМ в основных режимах ИНЭ.

ВИМ в двигательном режиме Когда в тяговой сети появляется энергия рекуперации ИНЭ, что определяется по датчику напряжения в тяговой сети, открываются транзисторы VT1 и VT2 в, момент времени, когда зубец вращающегося ротора окажется против паза статора (рис. 1.18). Начинает протекать ток по цепи тяговая сеть -VT1 - W - VT2 - тяговая сеть, в магнитной системе появляется магнитное поле, под действием которого к зубцам ротора прикладывается электромагнитный момент, и зубцы ротора стремятся занять соосное положение с зубцами статора. За счет этого ротор начинает ускоряться, запасая энергию во вращающейся массе. Энергия при этом поступает из тяговой сети. При достижении зубцов ротора положения соосное с зубцами соответствующей фазы статора, по сигналам датчика положения на управляющие электроды VT1 и VT2 поступают сигналы закрытия, транзисторы закрываются, и ток в фазе спадает по цепи тяговая сеть-УВ1-\У-\Т)2-тяговая сеть. Остальные фазы работают аналогично.

Характерная особенность двигательного режима заключается в том, что импульсы питания на обмотку ВИМ подаются в моменты времени, когда

По сравнению с традиционными электрическими машинами ВИМ имеет следующие преимущества:

- регулируемое возбуждение, которое обеспечивает стабилизацию выходного напряжения вне зависимости от частоты вращения маховика;

- высокая надежность за счет простоты конструкции;

- технологичность изготовления;

- высокая ремонтопригодность;

I

- относительно небольшое количество обмоточной меди;

- высокий КПД;

- относительно невысокая стоимость.

Внешняя характеристика генератора в пределах рабочей зоны жесткая, что обеспечивается системой управления. Неизменный уровень напряжения устанавливается и поддерживается постоянным согласно требованиям, которые определяются нагрузкой генератора. Величина напряжения, при необходимости, может достигать нескольких тысяч Вольт и ограничиваться электрической прочностью изоляции катушек обмотки, а также классом по напряжению используемых силовых полупроводниковых приборов.

Использование ИНЭ с ВИМ на железнодорожном транспорте позволит принимать энергию рекуперации электроподвижного состава и отдавать энергию в тяговую сеть в периоды максимального потребления на тягу поездов. Это, в свою очередь, усилит систему электроснабжения: уменьшит потери в ней и стабилизирует напряжение контактной сети на межподстанционном участке.

Заключение диссертации по теме «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация», Петрушин, Дмитрий Александрович

Выводы по главе 4

Современная полупроводниковая база, как силовых элементов, так и элементов микропроцессорной части позволяет обеспечить в полном объеме все функции ИНЭ как по быстродействию, так и по коммутационным возможностям включения и отключения токов порядка сотен и тысяч ампер при напряжении несколько киловольт.

Экспериментальные исследования макетного образца ИНЭ проведены с определением критериев подобия. Исследования подтверждают результаты теоретических исследований и компьютерного моделирования. Максимальные расхождения результатов математического и физического моделирования работы ИНЭ в СТЭ не превышают 6 %.

Физическое моделирование ИНЭ позволило сделать вывод о достаточном быстродействии ВИМ при переходе из двигательного режима в генераторный и наоборот.

Определено, что в генераторном режиме при снятии импульса напряжения с обмотки статора, ток продолжает нарастать и это следует учесть при проектировании преобразователя для защиты полупроводниковых силовых приборов от превышения допустимого тока.

ИНЭ может обладать значительным запасом энергии, безопасен для человека и окружающей среды, способен хранить энергию сколь угодно долго без потерь, прост в обслуживании и занимает не много места для своего размещения, следовательно, он имеет хорошие перспективы для использования его в составе тяговой сети железных дорог.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Анализ эксплуатационных показателей ЭПС, работающего в допустимых нормативными документами пределах изменения питающего напряжения, свидетельствует о необходимости принятия дополнительных мер по приему энергии рекуперации ЭПС с последующим ее использованием для повышения энергоэффективности перевозочного процесса и решения ряда других задач: стабилизации напряжения СТЭ; увеличения надежности работы тяговых, вспомогательных электрических машин и электрооборудования ЭПС, улучшения их характеристик.

2. Учитывая достоинства и недостатки накопителей энергии различных типов и их возможности работы в составе СТЭ, представляется наиболее рациональным вариантом использовать ИНЭ со встроенной ВИМ. ИНЭ предложенной конструкции способен обладать значительным запасом энергии, безопасен для обслуживающего персонала и не наносит вреда окружающей среде, может хранить энергию достаточно долго с минимальными потерями, прост в обслуживании и занимает немного места для своего размещения, следовательно, он имеет хорошие перспективы для использования в составе СТЭ железных дорог с целью приема и последующего использования энергии рекуперации ЭПС.

3. Разработана математическая модель ВИМ, которая позволяет выделить составляющие электромеханического преобразования энергии: ЭДС вращения, трансформаторную ЭДС и ЭДС, полученную вследствие насыщения магнитной цепи. Это дает возможность провести подробный анализ физических явлений, происходящих в электрической машине и определить условия ее эффективной работы.

4. Математическая модель ВИМ интегрирована в математическую модель более высокого уровня для расчета взаимодействия ЭПС, СТЭ и ИНЭ для расчета режимов работы рекуперирующего поезда и количества энергии, которой можно накопить в процессе рекуперации ЭПС.

Определено, что в режиме рекуперативного торможения электровоз, двигаясь по наклонному участку, может выработать значительное количество энергии и, в случае применения ИНЭ в составе тяговой сети, эту энергию можно сохранить для последующего использования в режиме тяги. Так для выбранного реального участка железной дороги СКЖД за один проход поезда в режиме рекуперации можно сэкономить до 38% энергии, затраченной на том же участке в режиме тяги. Приведенный алгоритм расчета можно использовать для других участков железной дороги и определять экономическую эффективность и целесообразность применения ИНЭ в каждом конкретном случае.

7. Использование в составе ИНЭ ВИМ позволяет достичь высокого быстродействия ИНЭ и реагировать на быстро протекающие электромагнитные процессы в тяговой сети, что расширяет функциональные возможности ИНЭ.

8 Были проведены экспериментальные исследования макетного образца ИНЭ с определением критериев подобия. Исследования подтверждают результаты теоретических исследований и компьютерного моделирования. Максимальные расхождения результатов математического и физического моделирования работы ИНЭ в СТЭ не превышают 6 %.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Петрушин, Дмитрий Александрович, 2013 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ источников

1. Об утверждении Энергетической стратегии России на период до 2020 года: (распоряжение Правительства РФ от 28 авг. 2003 г. № 1234-р) // Собр. законодательства Рос. Федерации - 2003 г. - № 36. - Ст. 3531

2. Энергетическая стратегия России на период до 2020 года // Прил. к об-ществ.-дел. журн. "Энергетическая политика". - М.: ГУ ИЭС, 2003. - 136 с. (14 рис.).

3. «Энергетическая стратегия железнодорожного ОАО "РЖД" до 2015 года и на перспективу до 2030 года». [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://rzd.ru/isvp/public/rzd.

4. Волков, И.В. Улучшение технико-экономических показателей работы вспомогательных электрических машин электроподвижного состава за счет повышения качества электроснабжения / И.В. Волков, А.Д. Петру-шин // Труды междунар. научн.-практ. конф. «Транспорт-2009»: в 3 ч. / Рост. гос. ун-т. путей сообщения. - Ростов-н/Д : РГУПС, 2009. - Ч. 3. - С. 203.

5. Петрушин, Д.А. Моделирование режимов работы системы тягового электроснабжения с инерционным накопителем энергии / Д.А. Петрушин // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. -2010. -№1. - С. 114-118.

6. F. Moninger. Elektrische Bahnen, 1998. - № 8, S. 257- 260 (Железные дороги мира-2000.-№12)

7. Правила устройства системы тягового электроснабжения железных дорог Российской Федерации: ЦЭ-462 [Текст]: утв. МПС РФ 04.06.97. - М. : [б. и.], 1997. - 78 с.

8. Тяговые электродвигатели электровозов / [В.И. Бочаров и др.]; под. ред. В.Г. Щербакова. - Новочеркасск : Агентство «Наутилус», 1998. - 672 с.

9. Некрасов, O.A. Вспомогательные машины электроподвижного состава переменного тока / O.A. Некрасов. - М.: Транспорт, 1967. - 168 с.

21. Ильинский, Н.Ф. Перспективы применения вентильно-индукторного электропривода в современных технологиях / Н.Ф. Ильинский // Электротехника. - 1997. - №2. - С. 1-3.

22. Энергосберегающие вентильно-индукторные электроприводы / [А.Д. Петрушин и др.] // Тез. докл. на первой региональной научно-практиче'ской конф. / Рост. гос. ун-т путей сообщения. - Ростов н/Д : РГУПС, 2001.-С. 49-50.

23. Бычков, М.Г. Элементы теории вентильно-индукторного электропривода / М.Г. Бычков // Электричество. - 1997. - № 8. - С. 35-44.

24. Копылов, И.П. Математическое моделирование электрических машин: учеб. для вузов по спец. «Электромеханика» / И.П. Копылов. - Изд. 2-е. -М. : Высш. шк., 1994. - 248 с.

25. Lawrenson, R.J. Controlled-speed switched-reluctansce motors: Present status and future potential / R.J. Lawrenson et al // Drives.Motors. Controls. - 1982. -P. 58-65.'

26. Variable-speed switched reluctance motors / [R.J. Lawrenson et al] // IEE Proc. B,Electr. Power Appl. - 1980. - № 127(4). - P. 253-265.

27. Miller, T. Switched Reluctance Motors and Their Control / T. Miller // Magna Physics Publishing and Oxford University Press. - 1993. - P. 34-41.

28. Особенности расчета индукторных двигателей для вентильного электропривода / [В.А. Кузнецов и др.] // Электротехника. - 1998. - №6. - С. 35 -43.

29. Бычков, М.Г. Алгоритм проектирования вентильно-индукторного электропривода и его компьютерная реализация / М.Г. Бычков // Электротехника. - 1997. - №2. - С. 27-32.

30. Щербаков, В.Г. Создание нового электроподвижного состава для магистральных железных дорог / В.Г. Щербаков, JI.H. Сорин // Электровозостроение: Сб. науч. тр / Всерос. н.-и. и проектно-констр. ин-т электровозостроения. - Новочеркасск: ВЭлНИИ, 1998. - Т. 40. - С. 10-16.

31. Деклу, Ж. Метод конечных элементов / Ж. Деклу - М. : «Мир», 1976. -95 с.

32. Сегерлинд, JI. Применение метода конечных элементов / JI. Сегерлинд -М. : «Мир», 1979.-232 с.

33. Дьяконов, В.П. Simulink 5/6/7: Самоучитель / В.П. Дьяконов - М. : ДМК-Пресс, 2008. - 784 с.

34. Основы тягового электропривода / [В.И. Бочаров и др.]. - Ростов н/Д: Изд-во Рост. Ун-та, 1995. - Ч. 1 и Ч. 2. - 432 с.

35. Волков, В.К. Повышение эксплуатационной надежности тяговых двигателей / В.К.Волков, А.Г.Суворов. - М.: Транспорт, 1988. - 128 с.

36. Тяговые электродвигатели электровозов / [В.И. Бочаров и др.]; Под. ред. В.Г. Щербакова. - Новочеркасск: Агентство «Наутилус», 1998. - 672 с.

37. Калинин, В.К. Электровозы и электропоезда / В.К. Калинин. - М. : Транспорт, 1991. - 479 с.

38. Режимы работы магистральных электровозов / [O.A. Некрасов и др.]. -М.: Транспорт, 1983. - 231с.

39. Марквардт, К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог/ К.Г. Марквардт // Транспорт, 1982, -528 с.

40. Петров, С. А. Моделирование мгновенных схем системы электрической тяги переменного тока при выпрямительных электровозах / С.А. Петров // Труды ЦНИИ МПС. - М.: Транспорт, 1959. - Вып. 170. - С. 43-47.

41. Марквардт, Г.Г. Применение моделирования для расчетов и исследования электрических железных дорог / Г.Г. Марквардт. - М. : ВЗИИТ, 1962. -234 с.

42. Бурков, А.Т. Физическая модель участка электрической дороги однофазного переменного тока / А.Т. Бурков, В.М. Варенцов, Э.П. Селедцов // Труды ЛИИЖТа. - СПб. : ЛИИЖТ, 1963. - Вып. 212. - С. 54-58.

43. Бирюков, Д.В. Специальное моделирующее устройство для расчета параметров и исследования процессов электрической железной дороги / Д.В. Бирюков // Труды МИИТа. - М.: [б. и.], 1963. - Вып. 166. - С. 44-47.

44. Крестьянов, М. Е. Расчетный стол энергодиспетчера электрической железной дороги постоянного тока / М.Е. Крестьянов, Н.В. Привезенцев // Труды МИИТа. - М.: [б. и.], 1965. - Вып. 199. - С. 32-40.

45. Марквардт, Г.Г. Статическая модель участка электрической железной дороги переменного тока / Г.Г. Марквардт, О.В. Грибачев // Труды МИИТа.-М.: [б. и.],1965. - Вып. 199.-С. 17-23.

46. Кузнецов, С.М. Экспериментальные исследования переходных процессов при отсутствии заземления опор на рельсы / С.М. Кузнецов, С.Д. Соколов // Труды ЦНИИ МПС. - М.: Транспорт, 1976. - Вып.319. - С. 15-20.

47. Кузнецов, С.М. Защита тяговой сети от токов короткого замыкания: учеб. пособие / С.М. Кузнецов; Новосиб.гос.техн.ун-т. - Новосибирск: НГТУ, 2000 - 75 с.

48. Плешаков, Ю.В. О защите тяговой сети постоянного тока при отказе от заземлений опор на рельсы / Ю.В. Плешаков, А.Н. Захаров // Сб. науч. трудов ЛИИЖТа. - СПб. : ЛИИЖТ, 1968. - Вып. 77. - С. 35-38.

49. Розенфельд, В.Е. Теория электрической тяги: учебник для вузов ж.-д. трансп. / В.Е. Розенфельд, И.П. Исаев, H.H. Сидоров. - Изд. 2-е.-М. : Транспорт, 1983. - С. 328.

50. Косарев, Б.И. Расчет первичных параметров тяговой сети в протяжённых тоннелях / Б.И. Косарев, Г.М. Косолапов, А.И. Кушнир // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. - 1982.-№ 1.-С. 15-18.

51. Современные отечественные силовые полупроводниковые приборы / В. Елисеев, В. Мартыненко, В. Мускатиньев, В.Чибиркин // Электроника. -2008.-№4.-С. 31-35.

52. Новые силовые полупроводниковые приборы для тягового электроснабжения // Железные дороги мира. - 2000. - № 1. - С. 18-22.

53. Кожевников, Б.Я. Новое поколение преобразователей отечественного производства на IGBT транзисторах / Б.Я. Кожевников, А.Г. Скрипка, Н.В. Турулева // Электровозостроение.: сб. научн. тр./ Всерос. н.-и. и про-

ектно-констр. ин-т электровозостроения. - Новочеркасск: ВЭлНИИ, 1998. -Т. 40.-С. 78-91.

54. Carroll, Е. Тиристоры IGCT. Новый подход к сверхмощной электронике / Е. Carroll, S. Klaka, S. Linder // Электротехника. - 1998. - №7. _ с. 46-53.

55. Чибиркин, B.B. Создание силовых полупроводниковых приборов для преобразователей электроподвижного состава / В.В. Чибиркин // Электротехника. - 1998. - №3. - С. 1-9.

56. Современные мощные полупроводниковые приборы и их функциональные особенности // Электротехника. - 1998 - №3 - С. 48-52.

57. Макдональд, Т. Сравнение характеристик IGBT при использовании в составе изделий / Т. Макдональд, С. Видмар // Электротехника. - 1998. -№ 3. - С. 63-64.

58. Силовые полупроводниковые приборы / Под ред. В.В. Токорева. - Воронеж : ЭЛИСТ. - 1995.-311 с.

59. ГОСТ 2582-81. Машины электрические вращающиеся тяговые. Общие технические условия. - Введ. 01.01.1983. - М. : Госстандарт Союза ССР : Изд-во стандартов, 1981. - 37 с.

60. Гулиа, Н.В. Накопители энергии / Н.В. Гулиа. - М.: Наука, 1980. - 150 с.

61. Тяговые электродвигатели электровозов / [В.И. Бочаров и др.]; Под. ред. В.Г. Щербакова. - Новочеркасск: Агенство «Наутилус», 1998. - 672 с.

62. Lawrenson, P.J. A brief status review of switched reluctance drives / P.J. La-wrenson // EPE Journal. - 1992. - Vol. 2. - № 3. - P. 133 - 144.

63. Miller, T.J.T. Optimal Design of Switched Reluctance Motors / T.J.T. Miller // IEEE Transactions on Industrial Electronics. - 2002. - Vol. 49. - № 1. - P. 262.

64. Новый электроподвижной состав магистральных и горных железных дорог / Под ред. В.Г. Щербакова. - Новочеркасск: Типография НГТУ, 1996. - 209 с.

65. Основы логики совершенствования ЭПС / [В.И. Бочаров и др.]. - Ростов н/Д.: Изд-во Рост, ун-та, 1977. - 640 с.

66. Ильинский, Н.Ф. Вентильно-индукторный электропривод - перспективы развития / Н.Ф. Ильинский // Вестник Национального технического университета «Харьковский политехнический институт»: Сб научн. тр. Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика. - Харьков: 2002.-Т. 1. -С.42-43.

67. Коломейцев, Л.Ф. О влиянии чисел зубцов статора и ротора на характеристики трехфазного реактивного индукторного двигателя / Л.Ф. Коломейцев, С.А. Пахомин // Изв. вузов. «Электромеханика». - 1998. - № 2-3.

- С. 34-39.

68. Исаев, И.П. Беседы об электрической железной дороге / И.П. Исаев, А.В. Фрайфельд. - М.: Транспорт, 1989. - 359 с.

69. Кравченко, А.И. Перспективные направления научно-исследовательских работ в электровозостроении / А.И. Кравченко, Б.И. Хоменко // Электровозостроение : Сб. научн. тр / Всерос. н.-и. и проектно-констр. ин-т электровозостроения. - Новочеркасск: ВЭлНИИ, 1998. - Т. 40. - С. 17-41.

70. Петрушин, А.Д. Исследования динамических характеристик ВИП / А.Д. Петрушин, А.Р. Шайхиев, Ю.В. Селютин // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. - 2002. - № 2.

71. Dunlop, G. A switched reluctance motor drive with zero torque ripple and a constant inverter bus current / G. Dunlop // Proc. Inst. Mech. Eng. - 1994. -Vol. 208. -Pt. I.-P. 61-68.

72. Wallace, R.S. A balanced commutator for switched reluctance motors to reduce torque ripple / R.S. Wallace, D.G. Taylor // IEEE Trans. Power Electron.

- 1992. - Vol. 7. - P. 617-626.

73. Husai, I. Torque ripple minimization in switched reluctance motor drives by PWM current control /1. Husai, M. Ehsani // IEEE Trans. Power Electron. -1996.-Vol. 11.-P. 83-88.

74. Le Chenadec, Y. Current feeding of switched reluctance motor: Optimization of the current wave form to minimize the torque ripple. / Y. Le Chenadec, B.

Multon, S. Hassine // in Proc. IMACS-TC1 4th Int. Conf. - 1993. - P. 267272.

75. Математическая модель для расчета электромагнитных процессов в многофазном управляемом реактивном индукторном двигателе / [ Л.Ф. Коломейцев и др. ] // Изв. вузов, «Электромеханика». - 1998. - № 1. - С. 4953.

76. Особенности расчета индукторных двигателей для вентильного электропривода / [В.А. Кузнецов и др.] // Электротехника. - 1998. - № 6. - С. 3543.

77. Бычков, М.Г. Алгоритм проектирования вентильно-индукторного электропривода и его компьютерная реализация / М.Г. Бычков // Электротехника. - 1997. - № 2. - С. 11-12.

78. Жуловян, В.В. Вентильный индукторный двигатель в системе электропривода / В.В. Жуловян, Т.Д. Ким, А.Н. Панарин; Под общ. ред. Н.Ф. Ильинского, М.Г. Юнькова // Автоматизированный электропривод. - М.: Энергоатомиздат. - 1990. - С. 405 - 408.

79. Леонхард, В. Регулируемые электроприводы переменного тока / В. Леон-хард // Труды института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике. -М. : «Мир», 1988. - Т. 76. -№ 4. - С. 171 - 191.

80. Бычков, М.Г. Экспериментальные исследования опытного образца вентильно-индукторного двигателя в статических режимах / М.Г. Бычков, Л.Н. Макаров, A.B. Кисельникова // Тез. докл. науч. -техн. семинара «Вентильно-индукторный электропривод - проблемы развития и перспективы применения». - М. : Изд-во МЭИ, 1996. - С.443-49.

81. Бычков, М.Г. Анализ вентильно-индукторного электропривода с учетом локального насыщения магнитной системы / М.Г. Бычков // Электричество. - 1998.-№ 6.-С. 50-53.

82. Бычков, М.Г. Расчет механических характеристик ВИП / М.Г. Бычков, Н.Ф. Ильинский, А. В. Кисельникова. - М.: МЭИ. - 1997. - С. 16-29.

83. Бесконтактные силовые схемы и вентильные тяговые двигатели электроподвижного состава переменного тока / под ред. О.А.Некрасова. - М.: Транспорт, 1969.-С. 168.

84. Ефремов, И.С. Цифровые системы управления электрическим подвижным составом с тиристорными импульсными регуляторами / И.С. Ефремов, А.Ф. Калиниченко, В.П. Феоктистов. - М.: Транспорт, 1988. -252 с.

85. Микропроцессорные системы автоведения электроподвижного состава / [JI.A. Баранов и др.]; под ред. Л.А.Баранова. - М. : Транспорт, 1990. -272 с.

86. Плакс, A.B. Расчет систем управления электрическим подвижным составом: учебное пособие / A.B. Плакс, A.C. Мазнев // ЛИИЖТ. Каф. Электрическая тяга. - Л.: ЛИИЖТ, 1986. - 73 с.

87. Тулупов, В.Д. Автоматическое регулирование сил тяги и торможения электроподвижного состава / В.Д. Тулупов. - М.: Транспорт, 1976. -368 с.

88. Проектирование тяговых электрических машин // Под ред. М.Д. Наход-кина. - М.: Транспорт, 1976. - 624 с.

89. Электрическое торможение электроподвижного состава / Под ред. О.А.Некрасова // Сб. науч. тр. Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. - М.: Транспорт, 1984. - 87 с.

90. Медель, В.Б. Подвижной состав электрических железных дорог. Конструкция и динамика: Учебник для ин-тов ж.д. транспорта / В.Б. Медель. -Изд. 4-е. - М.: Транспорт, 1974. - 296 с.

91. Тихменев, Б.Н. Электровозы переменного тока с тиристорными преобразователями / Б.Н. Тихменев, В.А. Кучумов. - М.: Транспорт, 1988. - 311 с.

92. Курбасов, A.C. Проектирование тяговых электродвигателей: уч. пос. для вузов / A.C. Курбасов, В.И. Седов, Л.Н. Сорин. - М.: Транспорт, 1987. -536 с.

93. Иванов-Смоленский, A.B. Электромагнитные силы и преобразование энергии в электрических машинах: Учебн. пос. для вузов / A.B. Иванов-Смоленский. - М.: «Высшая шк.», 1989. - 312 с.

94. Веников, В.А. Переходные электромеханические процессоры в электрических системах / В.А. Веников. - М.: Высшая школа, 1978. - 414 с.

95. Дитрих, Я. Проектирование и конструирование. Системный подход / Я. Дитрих. - М.: «Мир», 1981. - 456 с.

96. Миндлин, Я.З. Логика конструирования / Я.З. Миндлин. - М.: Машиностроение, 1969. - 123 с.

97. Новик, Я.А. Численный расчет магнитного поля методом конечных элементов в электрических машинах с учетом насыщения стали / Я.А. Новик // Изв. АН латв. ССР. Сер. физических и технических наук. - 1974. - № 5. -С. 96-104.

98. Волков И.В. Исследование инерционного накопителя энергии в системе тягового электроснабжения / И.В. Волков, Д.А. Петрушин // Труды Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития транспортного комплекса: образование, наука, производство». РГУПС, Ростов - на - Дону, 2009. С. 32-33.

99. Волков И.В. Инерционный накопитель энергии с вентильно-индукторной электрической машиной / И.В. Волков, Д.А. Петрушин// Труды всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2008» часть 3, РГУПС, Ростов - на - Дону, 2008.

100. Петрушин Д.А. Инерционный накопитель энергии со встроенной вентильно-индукторной электрической машиной / Д.А. Петрушин // Сборник трудов молодых ученых, докторантов и аспирантов «Инновации, перспективы развития локомотиво- и вагоностроения России», РГУПС, Ростов-на-Дону, 2008, С. 79-82.

101. Петрушин А.Д. Повышение надежности работы электромеханических систем стрелочных переводов / А.Д. Петрушин, Д.А. Петрушин, P.M. Девликамов // Четвертый международный симпозиум «Электрификация и

организация скоростных и тяжеловесных коридоров на железнодорожном транспорте», Санкт-Петербург, 2007 г.

102. Петрушйн Д.А. Вентильно-индукторный электропривод инерционного накопителя энергии / Д.А. Петрушйн, А.Д. Петрушйн // Труды Международной научно-практической конференции «Проблемы автоматизированного электропривода». Изд. «Техника», г. Одесса, 2006. -С. 241-242.

103. Петрушйн Д.А. Инерционные накопители энергии для железнодорожного транспорта / Д.А. Петрушйн, В.В. Переходько // Труды 44-й Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии железнодорожному транспорту и промышленности». Издательство ДВГУПС, Хабаровск, 2006. С. 54-56.

104. Петрушйн Д.А. Повышение качества электроснабжения тяговых и вспомогательных электрических машин подвижного состава железных дорог / Д.А. Петрушйн, В.В. Переходько // Труды всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2006» часть 3, РГУПС, 2006. С. 185.

105. Петрушйн Д.А. Работа инерционного накопителя энергии в составе тяговой сети железных дорог / Д.А. Петрушйн, Олейник В.М. // Труды всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2006» часть 3, РГУПС, 2006. С. 42-43.

106. Девликамов P.M. Патент № 2398339 «Токосъемное устройство» / P.M. Девликамов, Д.А. Петрушйн, P.P. Девликамов // Федеральный институт промышленной собственности (ФИПС). - Москва, 27 августа 2010 г.

107. Козаченко, В.Ф. Основные тенденции развития встроенных систем управления двигателями и требования к микроконтроллерам / В.Ф. Козаченко // Chip News [Электронный ресурс]. - Электронная версия журнала ChipNews / Инженерная микроэлектроника. - 1999. - № 1. - Режим доступа: http://www.chipinfo.rU/literature/chipnews/199901/2.html

108. Петрушин, Д.А. Система тягового электроснабжения с инерционным накопителем энергии / Д.А. Петрушин // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения - 2009. - №1. - С. 60-64.

109. Кузнецов, С.М. Экспериментальные исследования переходных процессов при отсутствии заземления опор на рельсы / С.М. Кузнецов, С.Д. Соколов. - М.: Транспорт, ЦНИИ МПС, 1976. - Вып. 319. - С.54-60.

110. Сидоров, Н.И. Как устроен и работает электровоз / Н.И. Сидоров, H.H. Сидорова. - М.: Транспорт, 1988. - 223 с.

111. Остриров, В.И. Применение электромеханических накопителей энергии в системе электроснабжения метрополитена / В.И. Остриров, A.C. Тухи-кян // Электричество. - 2007. - № 4. - С. 61-64.

112. Быкадоров, A.JI. Применение секционированного сверхпроводникового

I

индуктивного накопителя энергии на тяговой подстанции / А.Л. Быкадоров, Т.А. Заруцкая // Труды Рост. гос. ун-т. путей сообщения. - Ростов н/Д : РГУПС, 2007.-№1.-С. 113-116.

113. Охотников, Н.С. Повышение тяговых свойств электроподвижного состава при помощи накопителей энергии / Н.С. Охотников // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. - 2009. - №3. - С. 27-31.

114. Шевлюгин, М.В. Возможность использования возобновляемых источников энергии в системе тягового электроснабжения железных дорог / М.В. Шевлюгин, A.A. Жуматова //«НТТ - Наука и техника транспорта» Научно-технический и производственный журнал РГОТУПС. - 2008. - №4. -С. 32-35.

115. Шевлюгин, М.В. Энергосбережение на железнодорожном транспорте с помощью сверхпроводниковых индуктивных накопителей энергии / М.В. Шевлюгин // «НТТ - Наука и техника транспорта» Научно-технический и производственный журнал РГОТУПС. - 2008. - №2. - С.45-49.

116. Щуров, Н.И. Повышение эффективности использования накопителей энергии в электротранспртном комплексе / Н.И. Щуров, А.А. Штанг, Е.А. Спиридонов, Д.А. Чумачев // Электротехника. - 2009. - №12. - С. 23-26.

117. Веников В. А. Теория подобия и моделирования (применительно к задачам электроэнергетики). Учеб. Пособие для вузов. Изд. 2-е, доп. и пере-раб./ В. А. Веников - М., «Высш. школа», 1976. 479 с. с ил.

118. Исмаилов Ш.К. Повышение ресурса изоляции обмоток электрических машин подвижного состава в условиях эксплуатации : дис. канд. техн. наук : 052207 / Ш.К. Исмаилов ; Омский гос. ун-т путей сообщения (Ом-ГУПС).-М., 2004.-422 с.

119. Edel R. Die Auswahl des Systems der Elektroversorgung / R. Edel et al. // Elektrische Bahnen. - 1998. N 7, - S. 213 - 221.

120. Сербиненко Д. В. Электромагнитные процессы в тяговой сети и их влияние на показатели качества электрической энергии / Д. В. Сербиненко, М. С. Хлопков // Вестник ВНИИЖТ. - 2003. -№3. - С. 43-45.

121. Иванов-Смоленский, А.В. Электромагнитные поля и процессы в электрических машинах и их физическое моделирование / А.В. Иванов-Смоленский. - М.: Энергия, 1969. - 304 с.

122. Кузнецов, В.А. Вентильно-индукторные двигатели / В.А. Кузнецов, В.А. Кузьмичев. - М.: Изд-во МЭИ, 2003. - 70 с.

123. Krishnan R. Switched reluctance motor drives: modeling, simulation, analysis, design, and applications // Magna Physics Publishing. - 2001. 416s.

124. Артюх A. H., Косарев А. Б. Матричный метод расчета токораспределения в многопроводных тяговых сетях переменного тока / Труды ВНИИЖТ. М., 1991. С. 58...64

125. Электронный ресурс. Режим доступа: http://zeldortrans-jornal.narod.ru/publik/explotacion/train/november-05-10.htm

I

115