Разработка технических решений по использованию сверхпроводниковых индуктивных накопителей в энергетической системе перспективного газотурбовоза

• Автор: Середа, Евгений Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 156 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Проблема использования накопителей энергии на газотурбовозе

1.1. Характеристика газотурбинных установок автономного локомотива

1.1.1. Влияние числа валов на характеристики газотурбинных двигателей (ГТД)

1.1.2. Влияние термодинамических параметров на характеристики

1.1.3. Принципиальные схемы ГТД для локомотивов

1.2. Режимы работы накопителей энергии и эффективность их использования в энергетических установках газотурбовоза
1.2.1. Режимы работы накопителей энергии в электроэнергетической системе перспективного газотурбовоза
1.2.2. Оценка эффективности применения накопителя энергии в составе энергетической установки газотурбовоза
1.2.3. Энергоемкость накопителя в зависимости от времени цикла заряд-разряд накопителя энергии
1.2.4. Нагрузочные диаграммы главного двигателя автономного грузового локомотива
Выводы к первой главе
Глава 2. Анализ особенностей накопителей энергии для согласования их характеристик с параметрами газотурбинной энергетической установки автономного локомотива

2.1. Характеристика современных накопителей энергии
2.1.1. Электрохимические накопители
2.1.2. Индуктивные накопители 3
2.1.3. Ёмкостные накопители энергии 3д
2.1.4. Механические накопители энергии
2.1.5. Электромеханические накопители
2.2. Расчет и анализ параметров обмоток сверхпроводникового
индуктивного накопителя (СПИН) заданной энергоемкости
2.2.1. Расчетная модель тороидального СПИН
2.2.2. Последовательность расчета тороидального СПИН
2.2.3. Анализ влияния максимальной индукции в магнитной системе на параметры обмотки тороидального СПИН
2.2.4. Определение энергоемкости СПИН по условиям вписывания
в габариты подвижного состава
2.2.5. Анализ влияния относительного диаметра намотки на параметры обмотки тороидального СПИН
2.3. Синтез оптимальной структурной схемы энергетической цепи транспортного объекта с ГТД и СПИН
Выводы ко второй главе
Глава 3. Исследование процесса заряда СПИН от тягового генератора
3.1. Варианты структурных схем накопления избыточной энергии
ГТД в СПИН
3.1.1. Непосредственная нагрузка тягового генератора на СПИН
3.1.2. Нагрузка тягового генератора на СПИН через промежуточный емкостной накопитель (ЕН)
3.2. Ограничение бросков тока при заряде промежуточного ЕН
3.2.1. Схема включения токоограничивающих реакторов до

выпрямительных диодов
3.2.2. Схема включения токоограничивающих реакторов после выпрямительных диодов
3.3. Характер переходных процессов при поэтапном заряде СПИН
от промежуточного ЕН
3.4. Способы регулирования дополнительной мощности ГТД, создаваемой накопителем энергии
3.4.1. Схема включения токоограничивающих реакторов до выпрямительных диодов
3.4.2. Схема включения токоограничивающих реакторов после выпрямительных диодов
3.5. Энергетические параметры цепей заряда СПИН
Выводы к третьей главе
Глава 4. Разработка преобразователя обеспечивающего питание бортовых потребителей энергии от СПИН
4.1. Схема разряда СПИН через промежуточный ЕН
4.2. Компьютерное моделирование процесса разряда СПИН на промежуточный ЕН и вспомогательное электрооборудование (ВЭО)
4.3. Схема параллельной работы двух модулей СПИН на промежуточные ЕН и ВЭО
4.4. Компьютерное моделирование параллельной работы двух модулей СПИН, двух промежуточных ЕН и ВЭО
4.5. Определение параметров схемы зарядно-разрядного преобразователя
Выводы к четвертой главе
Глава 5. Экспериментальные исследования

Достоинством ЭХГ является высокий КПД. Существенное значение применительно к автономным объектам имеет бесшумность работы ЭХГ, отсутствие механически перемещающихся деталей и изнашивающихся частей. Ресурс ЭХГ определяется имеющимся запасом компонентов топлива в открытых циклах либо ресурсом вспомогательного оборудования в циклах с регенерацией и может превосходить 8-10 тыс.ч.
Энергетический уровень ЭХГ при достигнутой на современном этапе среднеразрядной мощности РР в автономных установках от 5 до 200 кВт характеризуется удельной энергией IV уд = (1,5X2)-10'’ кДж/кг, вычисленной на единицу массы ЭХГ, заправленного топливом. Это значение Щд на порядок превосходит значение 1¥уд ряда разновидностей АБ. В перспективе можно рассчитывать на создание ЭХГ мощностью РР до 103 кВт при высоких значениях КПД разряда порядка г/ = 0,9.
Основные параметры различных АБ (в расчете на один элемент) приведены в таблице 2.2.
Например, авиационный аккумулятор типа 12-САМ-28 имеет значения удельных параметров IVуд = 90 кДж/кг, 1¥0уд - 2-105 кДж/м3.
Таблица 2.
Тип АБ Удельная энергия, кДж/кг Удельная мощность, кВт/кг Ресурс (число циклов заряд- разряд) Относительная стоимость, (условн. един.)
Свинцово-кислотная 120 0,2 300 1,
Нике ль-ка дм иевая 240 0,3 1000 6,
Серебряно-цинковая 360 0,8 50
Серно-натриевая 540
Серебряно- магниевая водоактивируемая 450