Повышение энергетической эффективности грузовых электровозов постоянного тока тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат наук Богдан, Антон Анатольевич

  • Богдан, Антон Анатольевич
  • кандидат науккандидат наук
  • 2013, Санкт-Петербург
  • Специальность ВАК РФ05.22.07
  • Количество страниц 153
Богдан, Антон Анатольевич. Повышение энергетической эффективности грузовых электровозов постоянного тока: дис. кандидат наук: 05.22.07 - Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация. Санкт-Петербург. 2013. 153 с.

Оглавление диссертации кандидат наук Богдан, Антон Анатольевич

Оглавление

л Введение

' ' ' I I" I * ' О1 Л I, > </ , I ч '( 1 !• ''I *

1 .Повышение энергоэффективности электроподвижного состава

1.1 Актуальность проблемы энергосбережения

1.2 Оценка эффективности применения рекуперативного торможения в условиях повышенного напряжения и ограниченного потребления электроэнергии

1.3 Оценка эффективности применения электрического торможения

1.4 Оценка эффективности рекуперативно-реостатного торможения в грузовом движении

2.Преобразователи для питания обмоток возбуждения в режиме электродинамического торможения

2.1 Системы рекуперативного торможения электроподвижного состава постоянного тока

2.2 Анализ систем регулирования тока возбуждения на базе статических преобразователей

2.3 Анализ схем преобразователей для питания обмоток возбуждения в режиме электрического торможения

2.4 Особенности силовой схемы

2.5 Экспериментальные исследования преобразователя для питания обмоток возбуждения

3.Применение электронных преобразователей для питания тяговых двигателей в режиме тяги

3.1 Система пуска электровоза с дополнительным соединением тяговых двигателей

3.2 Безреостатный пуск тяговых двигателей

3.3 Разработка математической модели электровоза ВЛ10

4.0ценка параметров входных фильтров электронных преобразователей...86 4.1 Анализ схемы включения преобразователей

4.2. Оценка выбора параметров входного фильтра

4.3. Оценка гармонического состава тока потребляемого электронными преобразователями из контактной сети

Заключение

Список используемой литературы

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3 Приложение

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация», 05.22.07 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение энергетической эффективности грузовых электровозов постоянного тока»

Введение

1 V*" 1 ' В «Энергетической*стратегии'ОАО «РЖД» на1 период до 2030 года отмечается необходимость снижения энергоемкости перевозочного процесса. В связи с чем, важное значение придается техническому перевооружению железнодорожного транспорта и улучшению тягово-энергетических показателей электроподвижного состава.

В настоящее время значительный объем грузовых перевозок на полигоне постоянного тока выполняется электровозами серии ВЛ10, силовые схемы которых предусматривают возможность рекуперативного торможения. В связи с увеличивающейся долей грузовой работы особый интерес представляет применение рекуперативного торможения на грузовых электровозах, которое по ряду факторов используется недостаточно эффективно.

Особенность грузового движения заключается в том, что наибольшая эффективность рекуперации достигается на участках с затяжными спусками и тяговыми подстанциями, оборудованными инверторами для передачи рекуперативной энергии во внешнюю энергосистему. Однако, не на всех железных дорогах с интенсивным грузовым движением имеются затяжные спуски. Более 70% протяжённости российских железных дорог постоянного тока имеют равнинный профиль. В этих условиях возможность использования рекуперативного торможения на ЭПС уменьшается. Однако, при высоких тарифах на электроэнергию должна использоваться любая возможность уменьшения. Поэтому целесообразно оценить эффективность рекуперации на равнинных участках с целью разработки технических решений для её повышения.

Не менее важной проблемой в эксплуатации электровозов В Л10, является несовершенство тяговых характеристик, что приводит к отсутствию экономичных позиций для движения в зоне наиболее востребованных скоростей. Данный факт приводит к снижению технической скорости движения и как следствию уменьшению пропускной способности участка, или к снижению энергетической эффективности

электровозов в связи с движением на реостатных позициях.

Целью работы является повышение энергетической эффективности

грузовых электровозов постоянного тока применением электронных

систем, обеспечивающих улучшение характеристик в режиме тяги и и , | ( электрического торможения. ( 1 ' I » м

1 I 1 к '

Объект исследований электронные системы регулирования напряжения якорей и тока возбуждения тяговых электродвигателей грузового электровоза постоянного тока серии ВЛ10.

Предметом исследования являются электромагнитные процессы, протекающие в цепях тяговых электродвигателей, питаемых от электронных преобразователей, обеспечивающих повышение энергетических характеристик электровоза.

Задачи исследования:

- обоснование условий обеспечения энергетической эффективности рекуперативного торможения грузовых электровозов постоянного тока при ограниченном потреблении энергии;

- выработка технических решений, обеспечивающих повышение энергетической эффективности режимов электрического торможения;

выработка технических решений, улучшающих тягово-энергетические характеристики в диапазоне наиболее востребованных скоростей движения;

- разработка методики выбора параметров входного фильтра электронного преобразователя.

Положения выносимые на защиту:

- схемные решения систем регулирования ТЭД грузовых электровозов постоянного тока с использованием электронных преобразователей;

многофункциональная компьютерная модель «тяговая сеть -электровоз - электропотребитель», позволяющая произвести анализ переходных процессов и определить условия энергетически эффективного применения электрического торможения грузовых электровозов постоянного тока;

схемотехническое решение бестрансформаторного электронного преобразователя для питания обмоток возбуждения ТЭД. , и,, , ,

Методика исследований

В диссертационной работе использовались методы расчета электрических цепей, теория электрической тяги, теория планирования эксперимента, экспериментальные исследования и моделирование с применением компьютерных программ Ма^аЬ, 81тиНпк.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

- разработаны новые схемные решения систем регулирования тяговых электродвигателей грузовых электровозов постоянного тока, обеспечивающие повышение тягово-энергетических характеристик и защищенные патентами РФ;

- разработана многофункциональная компьютерная математическая модель «тяговая сеть- электровоз - электропотребитель» для анализа переходных процессов и оценки энергетической эффективности рекуперативного торможения в условиях ограниченного потребления электроэнергии;

- определены условия эффективности применения электрического торможения грузовых электровозов постоянного тока на равнинном профиле в пределах смежных фидерных зон, учитывающие удаление рекуперирующего электровоза от объекта потребления энергии;

предложено новое схемотехническое решение бестрансформаторного электронного преобразователя для питания обмоток возбуждения тяговых электродвигателей, характеризуемое только двукратным преобразованием энергии и уменьшенными массогабаритными показателями.

Практическая ценность

Результаты работы могут быть использованы при создании и

модернизации эксплуатируемых магистральных электровозов постоянного тока. Предложены устройства, . обеспечивающие улучшение качества переходных процессов в силовой цепи электровоза.

Степень достоверности результатов проведенных исследований подтверждена:

- соответствием компьютерной имитационной модели тяговых электродвигателей на основании результатов стендовых испытаний;

сходимостью результатов компьютерного моделирования преобразователя и экспериментальных исследований

бестрансформаторного электронного преобразователя для питания обмоток возбуждения.

Реализация и внедрение результатов работы

Состоит во внедрении результатов работы при проектировании статических преобразователей для питания обмоток возбуждения тяговых электродвигателей электровозов ВЛ10.

Апробация работы

Диссертационная работа обсуждалась на заседаниях кафедры «Электрическая тяга» в 2009-2013 годах. Основные результаты работы прошли апробацию на: пятом, шестом и седьмом международных симпозиумах ЕИхаш "Электрификация, инновационные технологии, скоростное и высокоскоростное движение на железнодорожном транспорте", Санкт-Петербург, 2009, 2011, 2013; научно-практической конференции "Транспорт-2010", РГУПС, Ростов-на-Дону, 2010; расширенном заседании кафедры «Электрическая тяга» УрГУПС в 2011 году.

Публикации

Основные положения диссертационной работы опубликованы в 17 печатных работах, из них 4 публикации в изданиях, которые входят в перечень, рекомендованный ВАК Минобразования России. По результатам

научных исследований получены 2 патента на полезные модели и 3 свидетельства на программы для ЭВМ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации составляет 153 страницы, включая 81 рисунок, 5 таблиц, 4 приложения. Библиографический список содержит 111 наименований.

1.Повышение энергоэффективности электроподвижного состава.

1.1 Актуальность проблемы энергосбережения

| ,' 1 , 1 1 1 >

Оценка эффективности от внедрения основных энергосберегающих технологий по данным отчета «Анализ использования топливно-энергетических ресурсов на

железнодорожном транспорте в 2010 году» приведена в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Техническое средство Эффективность, % от расхода ТЭР на тягу поездов Основные недостатки технического средства

Расчет Факт

Система оперативного регулирования мощности электровозов пост, тока 17% 1,4% Опыт эксплуатации показал нецелесообразность в ряде случаев отключения части двигателей, в частности, на горноперевальных участках.

перем. тока 7% 2,3%

Регулирование частоты вращения вентиляторов электровозов пост, тока 4% 0,7% При переходных режимах может явиться причиной возгорания электровоза из-за «зависания» устройства. Необходимо одновременное укомплектование системой контроля температуры оборудования локомотива. Не отработана система ремонта.

перем. тока 11% 2,2%

САВП 6% 3% До 80% времени системы работают в режиме «подсказки», недостаточная эксплуатационная надежность.

Программный комплекс для расчета энергооптимального режима ведения поезда (АПК) 15% 1% Низкая вероятность совпадения эксплуатационной и расчетной траекторий ведения поезда. В ряде случаев не обеспечивает безопасности движения. Режимная карта состоит из большого числа (до 15) листов.

Как видно из таблицы 1.1, фактическая эффективность от применения данных средств гораздо ниже заявленной расчетной. При

этом рекуперативное торможение позволяет экономить до 15-20% , I , „ электроэнергии, расходуемой на тягу [1,6,71. .. , «• ., 4м , <:

V;ч'!!^, ' V ' V/' ■ ' № ^" • : *м'1 '.'-«и..■'"/й'Чг1''' 1 ■ ¡, ^'

В настоящее время отечественной промышленностью широко выпускаются различные серии электропоездов постоянного тока с реостатно-рекуперативным торможением в основе схем, которых лежит схема электропоезда ЭР2Т. Данные поезда при благоприятных условиях позволяют отдавать в контактную сеть до 20% электроэнергии израсходованной на тягу [2, 8, 9].

В последнее время в связи с увеличивающейся долей грузовой работы особый интерес представляет применение рекуперативного торможения на грузовых электровозах, которое по ряду факторов в настоящее время используется недостаточно эффективно.

Рекуперация является дополнительным источником энергоснабжения для электроподвижного состава. Ее эффективное использование способствует не только уменьшению потребления электроэнергии из энергосистемы, что приводит к экономии энергоресурсов, но и к снижению условных потерь.

Особенность грузового движения заключается в том, что наибольшая эффективность рекуперации достигается на участках с затяжными спусками и тяговыми подстанциями, оборудованными инверторами для передачи рекуперативной энергии во внешнюю энергосистему [5]. Однако, не на всех железных дорогах с интенсивным грузовым движением имеются затяжные спуски. Более 70% протяжённости российских железных дорог постоянного тока имеют равнинный профиль. В этих условиях возможность использования рекуперативного торможения на ЭПС уменьшается. Однако, при высоких тарифах на электроэнергию любая возможность уменьшить энергопотребление не должна игнорироваться [18, 21]. Поэтому целесообразно оценить эффективность рекуперации на равнинных участках с целью разработки решений по увеличению эффективности её

использования. Например, Октябрьская ж.д., в основном, имеет равнинный характер профиля и тяговые подстанции не оборудованные инверторами. Тем не менее в условиях Октябрьской ж.д. есть возможность использования рекуперативного торможения в грузовом движении.

Факторы, влияющие на процесс рекуперации, можно представить в виде схемы.

Рис. 1.1 Факторы, влияющие на процесс рекуперации

1.2 Оценка эффективности применения рекуперативного торможения в условиях повышенного напряжения и ограниченного потребления

электроэнергии 11 >

При рекуперации напряжение на выходе диодной тяговой подстанции может оказаться выше напряжения холостого хода (подстанция, в этом случае, перестает отдавать энергию в контактную и работает в режиме поста секционирования). Условия запирания выпрямительной установки подстанции зависят от отношения токов тяги и рекуперации, эквивалентного сопротивления выпрямителя подстанции, погонного сопротивления контактной сети, а также от расстояния от тягового электровоза до ближайшей тяговой подстанции (ТП), и до рекуперирующего электровоза.

При рекуперации близлежащая к рекуперирующему электровозу тяговая подстанция может работать как в режиме подпитки, так и запираться, а подпитка тягового электровоза осуществляется от ближайшей к нему подстанции. При запирании тяговой подстанции она переходит в режим работы поста секционирования.

Для более детального анализа электромагнитных процессов протекающих в режиме рекуперативного торможения необходима математическая модель, учитывающая большое количество факторов влияющих на работу устройств тягового электроснабжения и электроподвижного состава. На рис 1.2 изображена схема замещения участка системы тягового электроснабжения.

т РЗ 1*4

Рис. 1.2 Схема замещения участка системы тягового электроснабжения

На рис. 1.2 приняты следующие обозначения:

- Е1-ЕЗ - напряжения холостого хода тяговых подстанций;

- УГ)1-\Т)3- диоды, препятствующие протеканию обратного тока через подстанцию;

- К1-Я4 - сопротивления контактной сети;

-115-118 - сопротивления рельсовой цепи.

Сопротивления 111-118 рассчитываются как произведение величины удельного сопротивления контактной сети на длину участка. В расчете величины удельного сопротивления приняты равной 0,1 Ом/км для контактной сети и 0,01 Ом/км для рельсовой цепи. Значение величины напряжения холостого хода тяговой подстанции принято равным 3520 В.

Изменяя сопротивления Ю-118 возможно моделирование различных вариантов расположения электровозов на участке.

Модель участка тяговой сети в программе Ма1;ЬаЬпредставлена на рис

1.3.

Для моделирования электромагнитных процессов принят следующий вариант: в пределах одной фидерной зоны находятся два электровоза - один находится в режиме тяги на последовательном соединении тяговых электродвигателей, другой - в режиме электрического рекуперативного

торможения на параллельном соединении тяговых электродвигателей. На рис. 1.3 приведена схема замещения фидерной зоны. Схема замещения электровоза в режиме тяги выделена на рисунке красным цветом, электровоза в режиме рекуперативного торможения - зеленым цветом.

Рис. 1.3 Модель участка тяговой сети

На рис 1.4 представлены результаты моделированиядля двух электровозов (рекуперирующего и находящегося в режиме тяги), при этом токи электровозов равны. Фактором ограничения для прекращения рекуперативного торможения служит величина напряжения в контактной сети, равная 4000В. Напримердля электровозов находящихся на одной фидерной зоне при токах 700А на удалении электровозов более 8км рекуперация становится невозможной.

Результаты расчетов для двух электровозов (рекуперирующего и находящегося в режиме тяги) приведены на рис 1.4, 1.5.

Цкм

1р=300 1р=500 1р=700

Рис. 1.4 Зависимость напряжения на токоприемнике рекуперирующего электровоза от расстояния до потребителя, находящегося на одной

фидерной зоне

4400 4200 -4000 -3800

со

3 3600

3400

3200 -

3000 -0

Рис. 1.5 Зависимость напряжения на токоприемнике рекуперирующего электровоза от расстояния до потребителя, находящегося на соседней

фидерной зоне

Как видно из графиков, даже в условиях ограниченного потребления электроэнергии токи рекуперации достаточно высоки и существует возможность для отдачи электроэнергии в контактную сеть.

На рис 1.6 и 1.7 представлены зависимости максимальной мощности отдаваемой в контактную сеть от взаимного расположения электровозов на межподстанционной зоне (ток электровоза в режиме тяги 1000А).

потребитель

Рис. 1.6 Отношение рекупериремой мощности к мощности потребляемой из контактной сети

3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0

20 16

электровоз потребитель

суммарная энергия потребляемая из контактной сети

И 3-3,5

■ 2,5-3

■ 2-2,5

■ 1,5-2

■ 1-1,5

■ 0,5-1

■ 0-0,5

рекуперирующий электровоз

Рис. 1.7 Зависимость, показывающая во сколько раз суммарная энергия отдаваемая в сеть всеми тяговыми

подстанциями превосходит энергию рекуперируемую в сеть.

На рис 1.7 показано во сколько раз суммарная энергияотдаваемая в контактную сеть (сумма энергий отдаваемых тремя подстанциями)

' превосходит энергию отдаваемую в контактную сеть рекуперирующим электровозом.

1.3 Оценка эффективности применения электрического торможения

Для анализа вышеперечисленных факторов необходимо определить зоны применения рекуперативного торможения. В зависимости от скорости движения поезда применяются следующие соединения тяговых электродвигателей: «П»-100-52 км/ч; «СП»-60-26 км/ч; «С»-30-14 км/ч. Верхний предел скорости на каждом соединении определяется ограничением по коммутации тяговых электродвигателей, а нижний снижением эффективности торможения с уменьшением скорости, в связи с невозможностью увеличения тока рекуперации, так как значение тока возбуждения доходит до максимального значения. Ограничение по коммутации тяговых двигателей определяется минимальным значением коэффициента ослабления возбуждения, который для двигателей ТЛ-2К на параллельной группировке «П» составляет 0,36 (т. е. 1в>=0,36*1я).

По максимальному значению тормозной силы на зону применения рекуперативного торможения накладывается ограничение по сцеплению колес электровоза с рельсами. Максимальное значение тормозной силы по условиям сцепления будет определяться по формуле:

где Р- масса электровоза;

у/к- расчетный коэффициент сцепления электровоза;

Для электровоза ВЛ-10 значение у/к будет определяться по

Втсц=0.8*Р*^к,

(1.1)

формуле:

у/к = 0.28 4

3

-0.0007* V,

(1.2)

50+ 20* К

где V- скорость электровоза.

На рис 1.8 представлены зоны внутри которых возможно применение рекуперативного торможения. На рисунке цветом выделены зоны для каждого из трех соединений. При регулировании тока возбуждения тяговых двигателей с помощью статического преобразователя появляется возможность искусственно приблизить тормозные характеристики тяговых электродвигателей к кривым ограничений для реализации максимально возможной тормозной силы. Реостатное торможение эффективно будет использовать в тех случаях когда кривая зависимости Вт(У) для состава будет лежать ниже кривой ограничения по сцеплению электровоза.

Удельные тормозные силы при экстренном торможении пневматическими тормозами рассчитываются по формуле:

Ът = (Рщ)*Зр, (1.3)

где (ркр - расчетный коэффициент трения тормозных колодок о бандаж,

Эр - расчетный тормозной коэффициент поезда.

О 20 40 60 80 100

V, км/ч

Рис. 1.8 Зоны возможного применения рекуперативного торможения («П»-красный, «СП»-синий, «С»-зеленый)

Расчетный тормозной коэффициент поезда определяется по формуле:

$Р=(1-4)

р р + с^

где ^ Кр - суммарная сила нажатия всех тормозных колодок поезда.

Значения расчетного тормозного коэффициента трения колодок о бандаж определяются в зависимости от типа колодок и существенно различаются. Для примера на рис 1.9 приведены зависимости коэффициентов трения для композиционных и чугунных колодок. Как видно из рисунка коэффициент трения чугунных колодок резко снижается с увеличением скорости. Для композиционных колодок это снижение гораздо меньше, но у них более ярко выражена зависимость коэффициента трения от температуры.

Как следует изрис 1.8, максимальное значение тормозной силы электровоза в режиме рекуперативно-реостатного торможения практически во всем диапазоне скоростей ограничивается только по сцеплению. Исключение составляют только две зоны при переходе схемы с П соединения на СП в диапазоне скоростей 52-45 км/ч и при переходе с СП соединения на С соединение в диапазоне скоростей 26-23 км/ч. Это ограничение действует только в режиме рекуперативного торможения, так как если произошла потеря потребителя и схема перешла в режим реостатного торможения, то при снижении скорости перегруппировка двигателей для достижения достаточного тормозного эффекта не требуется.

0,4

0

20

40

60

80

100

»композицион ные

•чугунные

120

скорость, км/ч

Рис. 1.9 Зависимость коэффициента трения тормозных колодок от скорости

Так как максимальная тормозная сила электровоза ограничивается только по условию сцепления колеса с рельсом, то электрическое торможение при комбинированном торможении будет иметь большую эффективность в случае когда кривая тормозной силы поезда будет лежать ниже кривой ограничения по сцеплению электровоза, т.е.

тсостава

0$*1ук*Р)0.5*(ркр*$р*(Р + ($, (1.5)

Коэффициент 0,5 учитывает половину тормозной силы при служебном торможении.

Преобразуем неравенство и разделим обе части на произведение

<Ркр*&р-

Из выражения можно определить максимальную массу состава при которой эффективность электрического торможения будет выше пневматического. Массу поезда необходимо определять для максимальных скоростей движения, когда эффективность колодочного торможения существенно снижается, особенно при применении чугунных колодок.

При максимальной скорости движения грузовых поездов 80 км/ч выражение примет вид:

- для композиционных колодок

в<

( 0.1807 Л

0.5*0.2571*0.33

-1

* 184 = 600т

- для чугунных колодок

с

0.1807

-1

*184 = 1893т

ч0.5*0.097*0.33 у Расчет выполнен при значении тормозного коэффициента равном 0,33.

Таким образом можно сделать вывод что электрическое торможение

при определенном сочетании факторов возможно применять с достаточно

' < 1' " V I > 1 Ч •1 У„ '

высокой эффективностью отдельно без колодочного и при этом с большей

эффективностью.

Экономическая эффективность при таком применении будет определяться не только уменьшением износа тормозных колодок, но и оптимизацией режимов вождения поезда за счет повышения эффективности торможения.

Вопрос экономии электроэнергии при использовании рекуперативного торможения будет рассмотрен ниже.

При применении электрического торможения совместно с колодочным на составе можно существенно улучшить эффективность торможения. Например, тормозная сила поезда массой 5000т оборудованного чугунными тормозными колодками при скорости 80 км/ч составляет 95тс. При применении электрического торможения на такой скорости возможна реализация дополнительной тормозной силы ЗЗтс, что составляет 35% от тормозной силы поезда.

1.4 Оценка эффективности рекуперативно-реостатного торможения в

грузовом движении

Эффективность рекуперативно-реостатного торможения следует рассматривать не только с точки зрения вырабатывания дополнительной энергии, но и с позиции уменьшения расхода энергии на разгон поезда за счет повышения интенсивности торможения [63].

Для сравнительной оценки существующей и предлагаемой схем примем следующие условия. В пределах 50 км от крупного центра всегда имеется в наличии потребитель электроэнергии. Вне этой зоны рекуперация при скорости выше 60 км/ч( на «П» соединении) невозможна из-за отсутствия потребителя достаточной мощности на близком расстоянии от рекуперирующего электровоза.

Оценку эффективности применения реостатного торможения проведем с помощью теории планирования эксперимента и методов математической статистики подробно описанных в [81].

В качестве функции отклика принят расход электроэнергии при движении поезда на участке (перегоне). Исследуется зависимость функции отклика от технической скорости и режима торможения. В качестве режима торможения рассмотрены два варианта совместное применение колодочного тормоза на составе, рекуперативно-реостатного на электровозе и обыкновенного пневматического (режим торможения используемый на электровозах оборудованных штатной схемой рекуперации при отсутствии потребителя в контактной сети.

Априорные исследования дали возможность построит области определения для каждого из факторов, выбрать нулевой уровень и интервалы варьирования которые занесены в таблицу 1.2.

Таблица. 1.2

Наименование X, Х2

Нулевой уровень 50 -

Интервал варьирования 15 -

Верхний уровень (+1) 65 +1

Нижний уровень (-1) 35 -1

В таблице 1.2:

- Х1 - техническая скорость движения поезда;

- X. - режим торможения (данный фактор принят как логическая переменная имеющая два значения: +1 в случае совместного применения колодочного тормоза на составе и рекуперативно-реостатного на электровозе и -1 в случае применения пневматического торможения).

Расход электроэнергии в ходе опытов находился путем решения уравнения движения поезда с помощью ЭВМ [35]. Длина участка для которого производился расчет составляет 30 км (торможение применяется только один раз для остановки в конце участка). Для получения наиболее достоверного результата количество параллельных опытов равно 2.

Матрица планирования эксперимента и результаты параллельных опытов приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3

№ опыта X, х2 V, У 1

1 -1 -1 468 474 471

2 +1 -1 1097 1107 1102

3 -1 +1 461 467 464

4 +1 +1 1063 1073 1068

Расчет параметров уравнения связи произведен с помощью метода наименьших квадратов (используя свойства симметричности, нормировки и ортогональности матриц):

У У

Ьо^^-; (1.7)

4

У Х^ * У-

^>2= . (1.9)

Ь0 =(471+1102+464+1068)/4=776,25 ;

Ь, =(-471+1102-464+1068)/4=308,75;

Ь2=(-471-1102+464+1068)/4=-10,25. Таким образом уравнение регрессии примет вид

У1Т= Ь0 + Ь,Х1 + Ь2Х2 =776,25+308,75 Х,-10,25Х2; Адекватность модели проверяется по Б-критерию Фишера:

ч2

* = (1-10)

¡ЧУ)

где - дисперсия параметра оптимизации или средняя дисперсия

воспроизводимости; 2

- дисперсия адекватности; Дисперсия адекватности :

Ъъ-ът)2

& = —у-> (1-11)

где Г равно разности между числом различных опытов и числом параметров уравнения регрессии;

У1Т - значение параметра оптимизации рассчитанное по уравнению регрессии.

Дисперсия параметра оптимизации:

»

= (1.12)

«=1 п

где я2 - дисперсия воспроизводимости ьго опыта.

ш

Куц-^/Г

—---, (1.13)

т-1

2

Для проведенного опыта 5 (у)=34.

Для расчета и проверки гипотезы адекватности модели

необходимо рассчитать значения функции отклика в точках проведения эксперимента.

У|Т =776,25+308,75*(-1)-10,25(-1)=477,25; У2Т=776,25+308,75*(+1)-10,25(-1)=1095,25; Узт=776,25+308,75*(-1)-10,25(+1)=457,25; У4Т =776,25+308,75*(+1)-10,25(+1)=1074,75;

о

Значение Г для расчета ¿£¿=4-3=1, поскольку количество различных опытов равно четырем( параллельность не учитывается), а число оцениваемых параметров равно 3.

Похожие диссертационные работы по специальности «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация», 05.22.07 шифр ВАК

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Богдан, Антон Анатольевич, 2013 год

Список используемой литературы

* ' * '

1. Повышение энергетических показателей рекуперативного торможения тягового электропривода / Калабухов О.Р., Елецков B.C., Никитенко Ю.А. // Изв. вузов, электромех., - 1991. - № 10. - С. 108-109.

2. Изменения в схемах электропоездов ЭР2Т // Электрическая и тепловозная тяга. - 1992. - № 2. - С. 28-29.

3. Применение электровозов с рекуперативным тормозом на сети с децентрализованным тяговым электроснабжением / Меркель Х.-Х., Циммерт Г. // Ж. д. мира. - 1992. - № 7. - С. 20-23.

4. Результаты испытаний усовершенствованной системы рекуперативно-реостатного торможения электропоезда ЭР2Т постоянного тока / РубчинскийЗ.М., Белокрылин А.Ю. // Совершенствование электрооборудования электропоездов и высоковольтного оборудования пассажирских вагонов / ВНИИ ж.-д. трансп. - М., 1992. - С. 44-54.

5. Инвертирование электроэнергии рекуперации / Быков Е.И., Засорин С.Н., Колузаев A.M., Селиванов Ю.П. «Улучшение энергетических показателей метрополитенов». - М., 1987 - С. 41-47.

6. Напряжение в контактной сети и расход электроэнергии / Варенцов В.М., Варман B.C., Порошин Ю.М. // «Ж.-д. трансп.» - 1988. - № 8. - С. 43-44.

7. Оценка экономии электроэнергии на тягу поездов при рекуперации на линии Бакинского метрополитена с предельными уклонами 40-60%: Отчет о НИР(заключит.) / ВНИИ ж.-д. трансп. (ВНИИЖТ). Руководитель Розенберг Б.М.

8. Улучшение энергетических показателей электропоездов / Тулупов В.Д. // Ж.-д. трансп. - 1991. - № 9. - С. 38-41.

9. Снижение потерь и увеличение возврата энергии при рекуперации на электроподвижном составе постоянного тока. Тулупов

В.Д., Давыдкин A.B., Ворожцов A.B. «Пути экономии и повышения эффективности использования электроэнергии в системах

электроснабжения промышленности и транспорта. Тезисы докладов 2 Всесоюзной научной конференции., Смоленск, 1-2 дек.» - М. - 1987. - С. 134-135.

10. Импульсное регулирование рекуперативно-реостатного торможения с самовозбуждением на электропоездах постоянного тока: Дис. к.т.н. / Петербургский государственный университет путей сообщения (ПГУПС).

11. Проблемы совершенствования электроподвижного состава / Тулупов В.Д. // Ж.-д. трансп. - 1992. - № 10. - С. 28-36.

12. Экономия электроэнергии в системе электрической тяги на железных дорогах Нидерландов. NS Tries to active power problems // Int Railway I. - 1994. - 14, № 7. - C. 14

13. Экономия электроэнергии при автоматизации рекуперативного торможения электровозов // Сборник научных трудов / Уральская государственная академия путей сообщения - 1995. - № 3. - С. 137-142, 234.

14. Развитие электрификации железных дорог и энергосбережение в тяге поездов / Феоктистов В.П. // Итоги науки и техн. Сер.ж.-д. трансп. / ВИНИТИ. - 1991. - 20. - С. 3-150.

15. Система автоматического управления рекуперативно-реостатным тормозом для электропоездов ЭР2 / Чудаков А.И. // Повышение надежности и эффективности полупроводниковых преобразователей в устройствах электрических железных дорог / Петербургский институт инженеров железнодорожного транспорта - СПб - 1992.-С. 100-107.

16. Снижение расхода энергии на тягу. «Pr. Cent. Osr. bad. irozw. techn. kolej.» - 1986. - №91-92, 72-81, 107, 109, 110, 111.

17. Уровень напряжения в контактной сети и расход электрической энергии / Порошин Ю.М.;,Варман B.C., Варенцов В.М. //

1 I 1 'I

Сб. науч. тр. / Урал, электромех. ин-т. инж. ж.-д. трансп. - 1987 - 78. - С. 113-117.

18. Потери энергии можно снизить / Липов К. А., Балабанович А. М., Павлов Л. Н. // Локомотив. - 1993. - № 11 - 12. - С. 38.

19. Методика получения зависимости потери электрической энергии в тяговой сети от среднего напряжения на токоприемнике электровоза при заданном времени хода поезда по участку. АржанниковБ.А., Ткачев Ю.В. в.; Уральский электромеханический институт инженеров ж.-д. транспорта Свердловск, 1986. 8 с, ил. Библиогр. 3 назв. (Рукопись деп. в ЦНИИТЭИ МПС 15.04.86, № 3531-ж.д.)

20. Современные проблемы систем тягового электроснабжения постоянного тока железных дорог. GondoToyomi. «Мэйдэмдзихо», 1987, № 196, стр 5-7.

21. Экономия энергоресурсов - важнейшая задача / Шалимович М. Г., Бабич В.М, Чулков А. В. // Ж-д.трансп. -1990 ,№ 10. стр 46-48.

33. Оптимизация максимальной скорости электропоезда в зависимости, от экономии энергии. / MaestriniEtnilio // Teen. prof.. - 1990. -55, № 6. - С 299-303.

34. Проблемы диагностирования полупроводниковых преобразователей магистральных электровозов. Бурдасов Б. К., Толстых В. А., Лекарев Е. А. /Вопросысовершенствования системы ремонта электроподвижного состава при применении средств и методов технического диагностирования. /ВНИИ ж.-д. трансп. М.,1991 .С. 70-77 .

35. Алгоритм расчета на ЕС ЭВМ энергетических показателей на тягу поездов. Шкловская Р.В., Полякова A.B. «Улучшение энергетических показателей метрополитенов». М., 1987, 25-29 .

36. Потери энергии в пусковых резисторах электропоезда ЭР2 при различных режимах работы / Павлов Л.Н. // Повышение надежности, эффективности полупроводниковых, преобразователей в устройствах электрических.ж. д. /Петербургскийинститут инженеров ж.-д. транспорта- СПб ,1992 .С. 107-110 .

37. Тиристорное управление электрическим подвижным составом постоянного тока. В. Е. Розенфельд, В. В. Шевченко, В. А. Майбога, Г. П. Долаберидзе. М., «Транспорт», 1970.

38. Подвижной состав электрических железных дорог. Теория работы электрооборудования, электрические схемы и аппараты. Б. Н. Тихменев, Л. М. Трахтман. М., «Транспорт», 1969.

39. Кремниевые вентили. Ф. Г. Амелин, В. Б. Братолюбов и др. М., «Энергия», 1968.

40. Силовая полупроводниковая техника. Н. X. Ситник. М., «Энергия», 1968.

41. Исследование импульсной системы рекуперативного торможения. В. И. Некрасов, А. С. Мазнев, Е. П. Шапошникова. «Электротехника», 1964, № 4.

42. Об импульсном регулировании процесса электрического торможения низковольтного тягового привода с автономным питанием. В. Н. Некрасов, Г. Н. Гаврилов, А. С. Мазнев. «Электротехника», 1970, №2.

43. Исследование индуктивных схем выравнивания токов с учетом неодновременности включения тиристоров. Э. М. Аптер. «Электричество», 1970, № 8.

44. Электроподвижной состав с полупроводниковыми преобразователями. Б. Н. Тихменев, В. А. Голованов, В. Д. Радченко, 3. М. Рубчинский. М., «Транспорт», 1967.

45. Правила защиты устройств проводной связи от влияния

I ' 1 1 I ' , ' 1 /

тяговой сети электрических железных дорог постоянного тока, ч. 1. «Транспорт», 1969.

46. Проектирование систем энергоснабжения электрических железных дорог. Б. А. Бесков и др. Трансжелдориздат, 1963.

47. Временные правила защиты устройств проводной связи и проводного вещания от влияния контактной сети электрических железных дорог переменного тока. Трансжелдориздат, 1961.

48. Расширение диапазона регулирования напряжения импульсных преобразователей постоянного тока. Г. М. Чиликин. Труды ДИИТа, вып. 87, «Транспорт», 1969.

49. Расчет трансформаторов обратной связи. В. И. Некрасов, Г. Н. Гаврилов, А. Я. Якушев, «Электротехника», 1970, № 5.

50. Применение тиристорно-импульсного регулирования на электроподвижном составе городского транспорта. И. С. Ефремов, Г. И. Косарев, О. А. Коськин, В. И. Стратий. «Электричество», 1971, № 6.

62. Теория электрической тяги: Учебник для вузов железнодорожного транспорта. Розенфельд В.Е., Исаев И.П., Сидоров H.H. -М.: Транспорт, 1983. - 328 с.

63. Электроподвижной состав с электрическим торможением. Жуликов В.Н., Иньков Ю.М., Козлов Л.Г., и др. Учебное пособие для вузов ж.-д. транспорта.- М.: ГОУ "Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте", 2008. - 412 с.

64. Методы решения задач по переходным процессам в электрических цепях. Гинзбург С.Г. -М.: Высшая школа, 1967. - 387 с.

65. Импульсное управление тяговыми двигателями электрического подвижного состава постоянного тока. Учебное пособие.Некрасов В.И. - Ленинград.: ЛИИЖТ, 1972. - 115 с.

66. Электропоезда постоянного тока с импульсными преобразователями. Берзинын Я., Бирзниекс Л.В., Данилов В.П., Розенфельд В.Е., Чаусов О.Г., Шевченко В.В.Под ред. проф. Розенфельда В.Е. М.: Транспорт, 1976. - 280 с.

67. Импульсные преобразователи постоянного тока. Бирзниекс Л.В. - М.: Энергия, 1974. - 256 с.

68. Электропоезда с электрическим торможением. Капустин Л.Н. - М.: Транспорт, 1971.-256 с.

69. Полупроводниковые преобразователи в автономном электроприводе постоянного тока. Павлов В.Б., Шидловский А.К., Скиданов В.М., Рычков В.А - Киев.: Наук.думка, 1987. - 284 с.

70. Вагоны метрополитена с импульсными преобразователями. Гаврилов А.Я., Мнацаканов В.А. - М.: Транспорт, 1986. - 229 с.

71. Номенклатурный каталог АО "Электросила" - Санкт-Петербург, 2000. - 46 с.

72. Электронная техника и преобразователи. Бурков А.Т. - М.: Транспорт, 2001.-120 с.

73. Анализ особенностей импульсной рекуперации на аккумуляторную батарею. Мазнев A.C. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. ЛИИЖТ. - 1968.

74. Электрические машины. Учебник для вузов. Иванов-Смоленский A.B. - М.: Энергия, 1980. - 928 с.

75. Актуализация энергетической стратегии холдинга // Железнодорожный транспорт. Косарев А.Б. - 2011. - №4. - с.70-75

76. Энергосбережение в локомотивном хозяйстве. Игин В.Н. //Железнодорожный транспорт. - 2011. - №4. - с.61-65.

77. Моделирование электротехнических устройств в Matlab, SymPowerSystems и Simulink. Черных И.В. - М: ДМК Пресс; СПб.: Питер, 2008. -288 с.

I

I

78. Simulink: среда создания инженерных приложений.Черных

t

И.В. Под общ.ред. к.т.н. Потемкина В.Г.- М: ДИАЛОГ-МИФИ, 2003. -496 с.

79. Многовариантное моделирование силовых устройств в MATLAB+Simulink. Дьяконов В. // Силовая электроника- 2011. - №1. - с.84 -95.

80. Силовая электроника. Лабораторные работы на ПК. Герман-Галкин С.Г. - Санкт-Петербург: Учитель и ученик, КОРОНА принт, 2002. - 304 с.

81. Методология научных исследований в области техники. Учебное пособие. ПлаксА.В.. - СПб.: ПГУПС, 2009. - 129 с.

82. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. - М.: Высшая школа, 1985.-535 с.

83. Электрическое торможение электроподвижного состава. Трахтман Л.М. -М.: Транспорт, 1965.-204 с.

84. Правила тяговых расчетов для поездной работы. - М.: Транспорт, 1985.-287с.

85. Параметры коллекторных тяговых электродвигателей при моделировании переходных процессов в цепях электровозов. Плакс A.B., Изварин М.Ю. / Вестник ВЭлНИИ вып.1. Новочеркасск. - 2004.-240 с.

86. Широтно-импульсный регулятор мощности электродвигателей. Токмаков H.A.. // Радио. - 2008. - №3. - с. 39-42

87. Импульсный прерыватель на IGCT приборах для электропоезда постоянного тока сборник «Неделя науки 2002»,Богдан A.A. ПГУПС, 2002, с.282.

88. Система дистанционного контроля потребления электроэнергии на подвижном составе.Богдан A.A. Межвузовский сборник научных трудов «Шаг в будущее», Санкт-Петербург, ПГУПС, 2003, с.149-151.

89. Оценка влияния эксплуатационных факторов на

энергопотребление при оптимизации графика движения пригородных

электропоездов.Павлов (Л;Н.| f Йаденко|В.0.,''' Богдан / A.A., Материалы

• !" ' ' 1 ' * " I Р11 'h' "<' t'î'tj ; г, li

всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и

перспективы развития железнодорожного транспорта», т.2 Проблемы

эксплуатационной работы на железнодорожном транспорте, развитие

телекоммуникаций и информатизация, Екатеринбург, УрГУПС, 2003

с.272-278.

90. Методика расчёта электроэнергии на участках стыкования железных дорог при заездах электроподвижного состава.Богдан A.A., Иващенко В.О., Павлов Л.Н. Вестник инженеров-электромехаников железнодорожного транспорта. Вып.1, Самара, СамГАПС, 2003, с.152-155

91. Пат. №42204 Российская Федерация, МПК B60L7/12. Электропривод постоянного тока. Патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения»-2004123134/22 Павлов Л.Н., Богдан A.A.. Опубликовано 27.11.2004 Бюл.№33

92. Пат. №42205 Российская Федерация, МПК B60L7/12. Многодвигательный электропривод. Патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения»-2004123135/22 Павлов Л.Н., Богдан A.A.. Опубликовано 27.11.2004 Бюл.№33

93. «Концепция системы рекуперативно-реостатного торможения грузовых электровозов постоянного тока»,Павлов Л.Н., Иващенко В.О., Якушев А.Я., Изварин М.Ю., Ткаченко Е.В., Богдан A.A. Известия ПГУПСа - Санкт-Петербург, ПГУПС, 2004, Выпуск 2, с.51-55.

94. Моделирование электромагнитных процессов при потере потребителя в режиме рекуперативного торможения грузового электровоза постоянного тока. Богдан A.A. «Известия ПГУПСа» - Санкт-Петербург, ПГУПС, 2005, Выпуск 1, с.37-41.

95. Схемные решения полупроводниковых преобразователей для питания обмоток возбуждения тяговых двигателей в режиме электрического торможения. Богдан A.A. Материалы пятого международного симпозиума «Элтранс-2009 «Электрификация,

111

инновационные технологии, скоростное и высокоскоростное движение на ,, железнодорожном tтранспорте» - Санкт-Петербург, ПГУПС, 2009, с.530-

' I ' Т" vi , «, '

537.

96. «Применение статических преобразователей для питания обмоток возбуждения». Богдан A.A. // Электронный журнал «Бюллетень результатов научных исследований» - Санкт-Петербург, ПГУПС, 2012, Выпуск 2, с.27-40.

97. Обоснование схемы полупроводникового преобразователя для регулирования тока обмоток возбуждения тяговых двигателей в режиме электрического торможения. Мазнев A.C., Богдан A.A. // Журнал «Транспорт Урала». - № 1, 2007 - с. 119-124.

98. Улучшение регулировочных свойств грузовых электровозов постоянного тока. Богдан A.A. // Журнал «Известия ПГУПС». - №2, 2011-с. 17-24.

99. Обоснование расчета параметров входного фильтра при импульсном регулировании. Богдан A.A. // Журнал «Известия ПГУПС». -

№2, 2012- с. 38-42.

100. Переходные процессы в машинах постоянного тока. Жиц

М.З. -М.: Энергия, 1974.-112 с.

101. Снижение влияния на рельсовые цепи тягового привода электропоезда с автономным инвертором тока. Н.В.Лысов// Диссертация на соискание ученой степени кандидата наук. ПГУПС 2004 г.

102. Пат. №1123903 Российская Федерация, МПК B60L9/04. Электровоз постоянного тока. Патентообладатель Московский ордена Ленина и ордена трудового красного знамени институтинженеров железнодорожного транспорта-3474662.Головатый А.Т., Исаев И.П., Курбасов A.C., Феоктистов В.П. Опубликовано 15.11.1984. Бюл.№42.

103. Расчет гармоник входного тока ЭПС постоянного тока с трехфазными тяговыми двигателями. A.C. Княжева// «Железнодорожный транспорт на современном этапе. Задачи и пути их решения», М. 2008.

104. Исследование двухзвенного фильтра для перспективного электроподвижного состава с асинхронными тяговыми двигателями и

сравнение его с однозвенным. A.C. Княжева// «Совершенствование электрооборудования тягового подвижного состава». М. 2011.

I 1 I и

105. Многозвенные реактивные структуры преобразующих устройств электровозов и электропоездов постоянного тока. A.C. Корнев // Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. ПГУПС 1998 г.

106. Тяговые возможности электровоза BJI10 можно улучшить. А.С.Курбасов, Б.А. Курбасов // интернет издание http://www.lvss.ru/info/electrovoz.php.

107. Богдан A.A., Евстафьев A.M., Сычугов А.Н., Якушев А.Я. свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2013613148 «Модель тягового электродвигателя TJI2K1 грузовых электровозов постоянного тока BJI10, ВЛ10У, ВЛ11, ВЛ11М».Опубликовано 20.06.2013. Бюл.№2.

108. Богдан A.A., Евстафьев A.M., Сычугов А.Н., Якушев А.Я. свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2013615685 «Модель электровоза ВЛ10 с дополнительным соединением тяговых двигателей и импульсным регулятором напряжения».Опубликовано 20.09.2013. Бюл.№3.

109. Богдан A.A., Евстафьев A.M., Сычугов А.Н., Якушев А.Я., Корнев A.C. свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2013616075 «Модель входного фильтра с фазовым сдвигом отбора энергии параллельно работающими импульсными преобразователями электровоза постоянного тока».Опубликовано 20.09.2013. Бюл.№3.

110. Курбасов A.C., Курбасов Б.А., Тяговые возможности электровозов ВЛ10 можно улучшить. Локомотив №5, 2004, с.24-25.

111. Богдан A.A. Улучшение регулировочных свойств электровозов ВЛ-10 // Труды всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2010» часть 3, Ростов-на-Дону, РГУПС, 2010, с.287-288.

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.