повышения энергоэффективности работы моторвагонного подвижного состава

Введение 6
1 Силовые схемы моторвагонного подвижного состава переменного тока с коллекторными тяговыми электродвигателями 8
1.1 Силовые схемы МВПС переменного тока с выпрямительными установками на базе игнитронов 8
1.2 Силовые схемы МВПС переменного тока с выпрямительными установками на базе силовых кремниевых диодов 10
1.3 Силовые схемы МВПС переменного тока с выпрямительно- инверторными преобразователями на базе силовых тиристоров 13
1.4 Применение IGBT-транзисторов на отечественном подвижном составе переменного тока c коллекторными тяговыми двигателями 17
2 Устройство и работа электропоезда ЭП3Д 19
2.1 Общие сведения об электропоезде ЭП3Д 19
2.2 Двигатель тяговый типа ТЭД-3 У1 22
2.3 Выпрямительные установки электропоезда ЭП3Д 24
3 Анализ электромагнитных процессов в штатных преобразователях электропоезда и пути повышения эффективности рекуперативного торможения на базе IGBT-транзисторов 27
3.1 Анализ электромагнитных процессов в штатном ВИП при рекуперативном торможении (на примере четвертой зоны регулирования) 27
3.2 Анализ электромагнитных процессов в штатном ВИП при рекуперативном торможении (на примере первой зоны регулирования) 39
3.3 Анализ электромагнитных процессов в штатной ВУВ электропоезда при рекуперативном торможении 44
3.4 Модернизация ВИП и ВУВ электропоезда на базе IGBT-транзисторов и способов их управления при рекуперативном торможении 51
3.5 Способы управления ВИП и ВУВ на базе IGBT-транзисторов в режиме рекуперативного торможения 56
4 Технико-экономическое обоснование проекта повышения энергоэффективности работы электропоезда в режиме рекуперативного торможения 60
4.1 Общие сведения 60
4.2 Определение капитальных затрат на оборудование предлагаемых ВИП и ВУВ для электропоезда 61
4.3 Расчет экономии и эффективности 64
Заключение 67
Список использованных источников 68

Весь текст будет доступен после покупки

ОАО «РЖД» входит в тройку крупнейших потребителей электроэнергии в России, расходуя около 4% от общего потребления страны. Основной потенциал экономии связан со снижением затрат на тягу поездов.
Проблема в том, что 90% парка электропоездов переменного тока исполь-зуют устаревшие технологии, такие как диодные преобразователи. Данный факт приводит к низкому коэффициенту мощности (не более 0,86) и отсутствию реку-перативного торможения, что вызывает высокий расход энергии.
Даже современные поезда (10% парка – ЭД9Э и ЭП3Д), способные к реку-перации, используют полууправляемые тиристорные преобразователи, разрабо-танные ещё в 1960-х. Их коэффициент мощности в режиме торможения не превы-шает 0,71, что свидетельствует о неэффективном использовании электроэнергии.
Отсюда следует, что ключевой отраслевой проблемой является морально устаревшая элементная база, которая приводит к:
- высоким затратам энергии на тягу;
- большим потерям в сетях;
- снижению пропускной способности из-за реактивной нагрузки;
- росту стоимости билетов и снижению конкурентоспособности.
Одним из путей решения данной проблемы является разработка и внедрение преобразователей на полностью управляемых силовых элементах, что позволит значительно повысить энергоэффективность как в режиме тяги, так и при рекупе-ративном торможении.
Таким образом, актуальной является тема повышения коэффициента мощно-сти моторвагонного подвижного состава (МВПС) переменного тока в режиме ре-куперативного торможения путем совершенствования выпрямительно-инверторных преобразователей (ВИП), выпрямительных установок возбуждения (ВУВ) и способов их управления.
Предлагаемые решения данной задачи в дипломном проекте направлены на:
- увеличение коэффициента мощности состава;
- рост объёма возвращаемой в контактную сеть электроэнергии;
- снижение коммутационных перенапряжений и потерь;
- возможность модернизации существующего парка электропоездов без из-менения цепей выпрямленного тока.
Разработанная транзисторная структура позволит устранить недостатки ти-ристорных преобразователей, повысить надёжность и улучшить массогабаритные показатели оборудования.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Силовые схемы моторвагонного подвижного состава переменного тока с коллекторными тяговыми электродвигателями

На современном отечественном МВПС переменного тока необходимое обо-рудование преобразовывающее питающее напряжение для нужд тяговых двигате-лей (ТЭД), находится в подвагонном пространстве электропоезда, и является од-ним из самых важных элементов в цепочке энергосистемы «контактная сеть – тя-говый трансформатор – выпрямительно-инверторный преобразователь – тяговый электродвигатель» является ВИП. ВИП осуществляет преобразование однофазно-го переменного тока частотой 50 Гц в постоянный и плавное регулирование пита-ющего напряжения, подаваемое на ТЭД в режиме тяги. В режиме рекуперативного торможения ВИП преобразует постоянный ток в переменный частотой 50 Гц и плавно регулирует противо-ЭДС инвертора. От его характеристик зависят энерге-тические показатели электропоезда в режимах тяги и рекуперативного торможе-ния, а также ресурс работы и надежность электронного и электрического оборудо-вания МВПС.

1.1 Силовые схемы МВПС переменного тока с выпрямительными установками на базе игнитронов

Первый отечественный ртутный выпрямитель в стеклянном исполнении был разработан ученым В. П. Вологдиным в 1922 г. [1]. Ртутный выпрямитель в ме-таллическом корпусе был разработан и построен советским инженером В. К. Кра-пивиным на заводе «Электросила» в 1924 г. В дальнейшем их стали применять и на железнодорожном транспорте в выпрямительных установках (ВУ) тягового привода электровозов и электропоездов переменного тока.
К первому поколению тягового привода МВПС относится привод, в состав которого входит ВУ на базе ртутных вентилей – игнитронов, рисунок 1.1.

Т – токоприемник; ТТ – тяговый трансформатор; СК – силовой контроллер;
ВУ – выпрямительная установка; СР – сглаживающий реактор;
КТД – коллекторный тяговый двигатель
(Я – якорная обмотка, ОВ – обмотка возбуждения)
Рисунок 1.1 – Тяговый привод МВПС с ВУ на
базе игнитронов (первое поколение, 1952 г.)

Для увеличения объемов пригородных перевозок и улучшения обслужива-ния пассажиров на участках с переменным током требовался новый подвижной со-став. В 1954 году инженеры завода «Динамо» спроектировали электрическое обору-дование для первого советского электропоезда переменного тока ЭР7-01. Его выпрями-тельная установка была построена на игнитронах с воздушным охлаждением, собранных по мостовой схеме, и питала тяговые двигатели РТ-51 мощностью 200 кВт. Однако после нескольких лет эксплуатационной работы электропоезда ЭР7-01, был выявлен ряд недо-статков в ВУ. Принципиальная схема отечественного электропоезда серии ЭР7 с выпрямительной установкой на базе игнитронов (1954 г.) представлена на рисунке 1.2.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Иванов, В. С. Повышение коэффициента мощности мотовагонного подвижного состава переменного тока в режиме рекуперативного торможения: дис … канд. техн. наук : 05.22.07 / В. С. Иванов. – Иркутск, 2020. – 202 с.
2 Авдеев, М. М. Электропоезда переменного тока: учебное пособие для ПТУ / М. М. Авдеев, В. А. Гут, В. И. Томчук, В. А. Хряев. – М.: Транспорт, 1985. – 368 с.
3 Богословский, А. С. Силовые полупроводниковые выпрямители / А. С. Богословский. – М.: Воениздат, 1965. – 208 с.
4 Ребрик, З. М. Лавинные вентили на электроподвижном составе / Б Н. Ребрик, З. М. Рубчинский, Б. И. Хомяков // Электрическая и тепловозная тяга – 1969. – №1. – С. 13-14.
5 Рубчинский, З. М. Пути повышения надежности полупроводниковых преобразователей / З. М. Рубчинский, Б. И. Хомяков, А. В. Пашков // Электрическая и тепловозная тяга – 1972. – №3. – С. 18-19.
6 Стасюк, В. Н. Перспективы применения полупроводников на подвижном составе / В. Н. Стасюк // Электрическая и тепловозная тяга – 1969. – №2. – С. 46-47.
7 ЭД9Э – новый электропоезд для Казахстанских железных дорог // Журнал для партнеров ЗАО «ТРАНСМАШХОЛДИНГ». – 2014. – №2. – 27 с.
8 ЭП3Д. – Текст : электронный // РУВИКИ : [сайт]. – URL: https://ru.ruwiki.ru/wiki/ЭП3Д (дата обращения: 04.11.2025).
9 Комплект электрооборудования электропоезда ЭД9Э. Руководство по эксплуатации 6БС.391.311 РЭ, ОАО «Демиховский машиностроительный завод», 2012 – 105 с.
10 Ротанов, Н. А. Проектирование систем управления электроподвижным составом / Н.А. Ротанов, Д.Д. Захарченко, А.В. Плакс. – М.: Транспорт,1986. – С. 17–40.

Весь текст будет доступен после покупки