Сверхпроводниковые индуктивные накопители энергии в энергоустановках железнодорожного транспорта

• Автор: Носков, Владимир Николаевич
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 209 с. : ил.

1. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ.
1.1. Аналитический обзор научнотехнических достижений в области создания и использования накопителей энергии

на железнодорожном транспорте

1.1.1. Инерционные маховичные накопители энергии.

1.1.2. мкостные накопители энергии

1.1.3. Сверхпроводниковые индуктивные накопители энергии

1.1.4. Сравнительные характеристики различных типов накопителей энергии

1.2. Области применения СПИН на железнодорожном транспорте

1.2.1. Перспективы использования СПИН на борту

подвижного состава

1.2.2. Перспективы использования СПИН на подстанциях

систем тягового электроснабжения
1.2.3. Перспективы использования СПИН в системах кондиционирования электрической энергии
1.3. Основные технические требования к СПИН транспортного назначения.
1.3.1. Бортовой СПИН для тепловозов
1.3.2. СПИН для систем тягового электроснабжения.
1.3.3. СПИТ для систем кондиционирования электрической энергии
1.3.4. Предварительные технические требования к СПИН транспортного назначения.
Выводы по главе 1.
2. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРЕБУЕМОЙ ЭНЕРГОЕМКОСТИ СПИН ТРАНСПОРТНОГО НАЗНАЧЕНИЯ, МАТЕМАТИЧЕСКОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЕГО РАБОТЫ
2.1. Необходима энергоемкость СПИН для тепловоза
2.1.1. Анализ режимов работы тепловозов
на железных дорогах
2.1.2. Определение основных параметров СПИНтепловоза
2.1.3. Определение мощности дизельгенераторной установки
и расхода топлива СПИНтепловоза.
2.1.4. Определение необходимой энергоемкости СГИН
для тепловоза
2.1.5. Индуктивность СПИН, устанавливаемого на борту маневрового тепловоза
2.2. Необходимая энергоемкость СПИН для тяговой подстанции
2.2.1. Анализ режимов работы тяговых подстанций
2.2.2. Определение необходимой энергоемкости СПИН
для тяговой подстанции.
2.2.3. Индуктивность СПИН, устанавливаемого
на тяговой подстанции
2.3. Математическое моделирование работы
энергосиловой установки транспортного назначения со СПИН
2.3.1. Исходные положення для моделирования потоков энергии энергосиловой установки со СПИН
2.3.2. Анализ процессов энергообмена между основными элементами энергосиловой установки тепловоза со СПИН.
2.3.3. Разработка математической модели, алгоритма
и программы расчета работы ЭСУ со СГИН
2.3.4. Вариантные расчеты и исследования математической модели ЭСУ тепловоза со СПИН на эксплуатационных режимах маневровой работы
Выводы по главе
3. РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СПИН НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ.
3.1. Разработка схемных решений подключений СПИН.
3.1.1. Схемы подключения СПИН к системе тягового энергоснабжения.
3.1.2. Схемы включения СПИН в состав энергосиловой установки тепловоза.
3.2. Разработка конструкции СПИН для использования на железнодорожном транспорте.
3.2.1. Конструкция бортового СПИН для тепловоза.
3.2.2. Конструкция стационарного СПИН для тяговой подстанции
3.3. Корректировка технических предложений па опытный образец ЭСУ маневрового тепловоза со СПИН.
Выводы по главе
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СПИН ТРАНСПОРТНОГО
НАХНАЧЕНИЯ.
4.1. Экспериментальная модель ЭСУ тепловоза со СПИН
4.1.1. Электромеханическое оборудование.
4.1.2. СПмагнитная система.
4.1.3. Автоматизированная система контроля, измерений
и управления модели
4.2. Экспериментальные исследования модели ЭСУ тепловоза со СПИН.
4.2.1. Автономные испытания отдельных блоков модели.
4.2.2. Исследования совместной работы блоков модели ЭСУ
4.3. Испытания экспериментального образца СПИН стационарного исполнения
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ.
СПИСОК ОСНОВНЫХ ТЕРМИНОВ И СОКРАЩЕНИЙ
НЭ накопитель энергии
СПИН сверхпроводниковый индуктивный накопитель энергии
ИНЭ инерционный маховичный накопитель энергии
ЕНЭ мкостный конденсаторный накопитель энергии
СП сверхпроводниковый
ЭСУ энергосиловая установка
ДГ дизельгенератор
ЭПС электроподвижной состав
ТЭД тяговый электродвигатель
Г генератор
ОВ обмотка возбуждения
СТЭ система тягового электроснабжения
ТП тяговая подстанция
СУ система управления
ВВЕДЕНИЕ


Предполагается использовать запас энергии ИНЭ для старта дизельпоезда при выключенном дизеле со станции, чтобы снизить загрязнение окружающей среды. Проблемам повышения техникоэкономических показателей автономной тяги путм применения бортовых накопителей энергии инерционого типа на тепловозах с электрической и гидравлической передачами, а также газотурбовозах посвящена работа . Существуют проекты оснащения ИНЭ электросекций США и автомотрис Италия с соответственной энергомкостью 3 4,6 кВтч и кВтч . Конструкция современного ИНЭ для использования в электрифицированных системах включает в себя собственно маховик, установленный в опорах электрический двигательгенератор для преобразования электрической энергии в механическую при накоплении энергии маховиком и обратного преобразования из механической в электрическую при отборе энергии от маховика преобразователя, осуществляющего преобразование электрической энергии одного вида в электрическую энергию другого вида и соединяющего ИНЭ с внешним источником питания сетью. Необходимость преобразователя заключается в том, что характеристики электрической энергии, отдаваемой маховиком, изменяются в процессе отбора энергии маховик тормозится. Если маховик связан валом с бесконтактной электрической машиной переменного тока, то частота тока, вырабатываемого таким генератором, будет снижаться по мере уменьшения частоты вращения маховика. В сетях переменного тока необходимо поддержание постоянства частоты с весьма большой точностью согласно ГОСТ 9 в нормальном режиме работы энергетической системы допускаются отклонения частоты, усредннные за минут, в пределах Гц , . Для согласования характеристик электрической энергии сети и генератора и необходим преобразователь. АИН на стороне электрической машины . Для разгрузки опор и уменьшения механических потерь используется электромагнитный подвес 9, . В некоторых конструкциях ИНЭ, как, например, разработанном в Научноисследовательском институте электрофизической аппаратуры им. Д.В. Ефремова НИИЭФА 9, тело маховика выполняется сложной формы для уменьшения аэродинамических потерь. Тело собственно маховика может выполняться, как монолитным, например, металлическим, так и композитным намотанным из металлической ленты, проволоки пли углеродных волокон, соединнных связующим составом стеклопластик 9, . Ек, 1. Главным ограничением энергомкости реальных конструкций ИНЭ являются соображения безопасности, связанные с прочностью тела маховика, ограничивающие частоту вращения. При его разрушении, например ввиду значительных разрывных усилий в процессе вращения, необходимо обеспечить безопасность персонала и оборудования, что достигается применением прочных кожухов, что ухудшает массогабаритные показатели ИНЭ. Известно, что композитные маховики предпочтительнее монолитных, так как разрушаются до пылевидного состояния без образования крупных осколков. В конструкциях, навитых из ленты или проволоки, возможно частичное разрушение тела маховика в виде разрывов отдельных витков, что подается ремонту. ЕНЭ аккумулируют энергию электростатического поля. Элементом, накапливающим энергию, в ЕНЭ является конденсатор. Количество энергии, накапливаемой в ЕНЭ, определяется выражением
1. Применение ЕНЭ для нужд электротяги подробно рассмотрено в , где предложено использовать для построения ЕНЭ схему звенящего дросселя. Данная схема позволяет обеспечивать заряд ЕНЭ от тяговой сети постоянного тока, заряд ЕНЭ от рекуперирующего электроподвижного состава ЭПС постоянного тока и разряд ЕНЭ на тяговую нагрузку. Значительный прогресс в разработке конденсаторов сверхвысокой мкости, пригодных для построения ЕНЭ, достигнут в России. МНПО Эконд и ЗАО ЭСМА. Они относятся к устройствам, в которых электрическая энергия накапливается в двойном электрическом слое особой области, существующей на границе раздела тврдого тела и электролита высокопористого электрода и связанного электролита. Благодаря чрезвычайно большой поверхности применяемых материалов мкость суперконденсаторных элементов достигает Фарад.