Тяговый инвертор с зарядным устройством тяговой аккумуляторной батареи электровоза

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………....................7
1 ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ С АЛЬТЕРНАТИВНЫМИ ВИДАМИ ТЯГИ …………………………………………………………...9
2 ПРИМЕНЕНИЕ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ТРАНСПОРТЕ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ …………...18
2.1 Пригородный электропоезд с инерционным накопителем …..энергии ……………………………………………………………………18
2.2 Аккумуляторные накопители энергии на электропоездах метро ………………………………………………………………………32
2.3 Аккумуляторный электровоз с тяговым инвертором и интегрированным зарядным устройством тяговой аккумуляторной батареи …………………………………………………42
3 МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТЯГОВОГО ИНВЕРТОРА С …….ИНТЕГРИРОВАННЫМ ЗАРЯДНЫМ УСТРОЙСТВОМ …...................51
3.1 Общие сведения ………………………………………………………….51
3.2 Определение исходных данных ………………………………………...53
3.3 Определение параметров элементов тягового инвертора …………….56
3.4 Определение параметров элементов зарядного устройства ………….59
3.5 Определение потерь в полупроводниках ………………………………64
3.6 Рекомендации к выбору IGBT-модулей ………………………..............68
3.7 Определение параметров охладителя …………………………..............71
3.8 Определение параметров защитного конденсатора …………………...75
3.9 Определение параметров сглаживающего фильтра …………………...78
3.10 Вспомогательные элементы …………………………………………... 85
3.11 Силовые шины ………………………………………………….............87
4 РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТ ПРИМЕНЕНИЯ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ЭЛЕКТРОВОЗА………………………………………………………………90
4.1 Экономическая оценка и область возможного использования ……...результатов работы……………………………………………….............90
4.2 Оценка капитальных вложений………………………………………….91
4.3 Расчет годового экономического эффекта……………………...............95
4.4 Расчет ЧДД и срока окупаемости……………………………..................97
5 РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО УЛУЧШЕНИЮ УСЛОВИЙ ТРУДА …... ЛОКОМОТИВНЫХ БРИГАД НА ОСНОВЕ СНИЖЕНИЯ ШУМА …... В.КАБИНЕ ЭЛЕКРОПОЕЗДА ЭР2Р И ЕГО МОДИФИКАЦИЙ………101
5.1 Влияние шума на человека……………………………………………...101
5.2 Нормирование уровней звука в кабинах электровозов…….................103
5.3 Анализ методов измерения и оценки уровней звука в кабинах
электровозов………………………………………………………………104
5.4 Методы борьбы с шумом……………………………………..................109
5.5 Рекомендации по улучшению условий труда по фактору «шум»
в кабинах электровозов………………………………………………….114
5.6 Вывод…………………………………………………………..................115
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………….116
…..СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………....................................................118

Весь текст будет доступен после покупки

На автономном тяговом подвижном составе, в том числе и на железнодорожном, всё шире используются накопители энергии, используемые как в тяговых режимах, так и в режимах электрического торможения. В странах Европы операторы перевозок, особенно пассажирских, все шире применяют альтернативные виды тяги, в частности на основе аккумуляторов или топливных элементов.
Увеличение объемов вредных выбросов от работы двигателей внутреннего сгорания, ужесточение требований экологических стандартов и растущее потребление углеводородного топлива являются факторами, стимулирующими развитие экологически чистых и энергетически эффективных транспортных средств. К последним по праву можно отнести железнодорожный транспорт, открывающий возможности к улучшению экологической ситуации.
Система тягового электрооборудования современных аккумуляторных тяговых транспортных средств, помимо тяговой аккумуляторной батареи и тягового электродвигателя, должны включать комплекс преобразователей напряжения. В частности, тяговый инвертор обеспечивает управление работой тяговых электродвигателей, а бортовое зарядное устройство служит для восполнения энергии тяговой аккумуляторной батареи. Данные компоненты имеют своё функциональное предназначение и являются автономными.

Весь текст будет доступен после покупки

1 ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ С АЛЬТЕРНАТИВНЫМИ ВИДАМИ ТЯГИ
В странах Европы операторы перевозок, особенно пассажирских, все шире применяют альтернативные виды тяги, в частности на основе аккумуляторов или топливных элементов.
В марте 2020 г. германская государственная лизинговая компания Schienenfahrzeuge Baden Wurttemberg (SFBW) подтвердила планы закупки 20 электропоездов Mireo Plus B постройки компании Siemens, оборудованных тяговыми аккумуляторными батареями (рисунок 1.1).









Рис. 1.1 Электропоезд Mireo Plus B с тяговыми аккумуляторными батареями

Подвижной состав, использующий альтернативные источники энергии, в ближайшие годы появится и в ряде других регионов Германии, в числе которых Рейн-Майн, Шлезвиг-Гольштейн, Средняя Саксония и Нижняя Саксония, заменив дизель-поезда. Помимо электропоезда с питанием от аккумуляторов, Siemens в сотрудничестве с канадской компанией Ballard Power Systems разрабатывает поезд с питанием от топливных элементов на базе конструктивной платформы Mireo. Создана также версия электропоезда традиционного типа, работающего от контактной сети.
Компания предполагает прекратить поставки дизель-поездов, мотивируя такое решение тем, что спрос на них падает из-за постоянного ужесточения экологических требований. Тем временем компания Alstom, также входящая в число ведущих мировых поставщиков подвижного состава, в 2019 г. заключила контракты на поставку 8 дизель-поездов Coradia Lint германскому оператору ODEG, 18 ед. — компании SFBW и 41 ед. — компании Transdev для эксплуатации в Баварии.
После подписания в феврале 2020 г. контракта на поставку для Средней Саксонии 11 электропоездов Coradia Continental, рассчитанных на работу от контактной сети и тяговых аккумуляторных батарей, портфель заказов Alstom включает весь спектр современного моторвагонного подвижного состава: поезда, работающие от контактной сети, топливных элементов, аккумуляторов и дизеля. Предложив на рынке свой поезд Coradia iLint, Alstom стала пионером в области применения топливных элементов на моторвагонном подвижном составе.
Два опытных образца поезда поступили в опытную эксплуатацию в Нижней Саксонии в сентябре 2018 г. и уже прошли 180 тыс. км, а свой первый крупный контракт на поставку таких поездов компания заключила еще в ноябре 2017 г., когда транспортная администрация Нижней Саксонии LNVG заказала 14 поездов. Начать их эксплуатацию планируется в 2021 г. В мае 2019 г. было заключено соглашение с дочерним предприятием Fahma Транспортного объединения региона Рейн-Майн (RMV) на поставку 27 поездов со сроком ввода в эксплуатацию в декабре 2022 г.
Alstom активно продвигает применяемые инновационные технологии, организуя демонстрационные поездки нового подвижного состава. Так, в 2019 г. был организован демонстрационный тур по регионам Германии, затем — по Нидерландам (рисунок 1.2). Продолжится он в Австрии, где компания Alstom выиграла тендер на опытную эксплуатацию поезда на топливных элементах.

Рис. 1.2 Дизель-поезд Coradia iLint на испытаниях в Нидерландах

Stadler, Hitachi и CAF также активно работают над разработкой подвижного состава, использующего альтернативные источники энергии, поскольку спрос на такие решения непрерывно растет. Во Франции планируется приступить к эксплуатации поездов с комбинированным тяговым приводом в конце 2020 г. и начать испытания поездов на топливных элементах в 2022 г., а к 2035 г. — полностью отказаться от дизельной тяги. В Великобритании также проводятся испытания подвижного состава с новыми источниками питания (рисунок 1.3). В Норвегии изучают возможности замены дизельного подвижного состава на поезда с питанием от аккумуляторов. В Австрии проходят опытную эксплуатацию с пассажирами поезда Coradia iLint на топливных элементах и Desiro ML постройки Siemens — на аккумуляторах.










Рис. 1.3 Поезд HydroFLEX с питанием от топливных элементов проходит испытания в Великобритании

Определенные программой European Green Deal задачи ЕС по уменьшению углеродного следа транспорта стимулируют интерес к альтернативным видам тягового привода. В опубликованной в 2011 г. Белой книге ЕС по транспорту поставлены следующие задачи: выбросы CO2 планируется сократить к 2030 г. на 30 %, к 2035 г. — на 50 %, а к 2050 г. — на 90 %. При этом в качестве предпочтительных путей достижения этих целей указаны электрификация и использование электроэнергии из возобновляемых источников. Тем не менее до повсеместной электрификации железных дорог в Европе еще далеко. К концу 2017 г. в 27 странах ЕС и Великобритании суммарно было электрифицировано лишь около 54 % железных дорог.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Материалы компаний Siemens (www.press.siemens.com), Alstom (www.alstom.com), MTU (www.mtu-solutions.com), Voith (www.voith.com), Ineratec (www.ineratec.de); K. Smith. International Railway Journal, 2020, № 4,pp. 18 – 21.
2. Есть ли перспективы у дизельной тяги? Железные дороги мира - 2020, № 6, с. 52 - 57.
3. Материалы кампаний Ballard Power Systems, Xperion Energy & Environment; Alstom; K. Smith. International Railway Journal, 2018, №1, pp. 12-14.
4. Перспективы подвижного состава на топливных элементах. Железные дороги мира - 2018, № 3.
5. Концептуальный проект пригородного электропоезда с инерционным накопителем энергии / Омельяненко В.И., Любарский Б.Г., Оверьянова Л.В., Рябов Е.С. // Локомотив-информ. - 2012. - №7. – С. 42 – 47.
6. Аккумуляторные накопители энергии на метропоездах / Логинова Е.Ю., Коваленко А.В. // Мир транспорта. – 2014. – №1. – С. 50 – 55.
7. Патент 175680 Российская Федерация, МПК H02J 7/00 B60L 11/18. Тяговый преобразователь напряжения с интегрированным зарядным устройством / Грищенко А.Г.; заявитель и патентообладатель ФБОУ ВО "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)" (RU) - №2016151270; заявл. - 2016.12.26 опубл. 2017.12.01. Бюл. № 35
8. Патент 2706337 Российская Федерация, МПК H02M 7/21 H05K 7/20 H02M 1/00. Преобразователь напряжения с охлаждаемой батареей конденсаторов / Грищенко А.Г.; заявитель и патентообладатель ФБОУ ВО "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)" (RU) -№2018145181; заявл.: 19.12.2018 опубл.: 18.11.2019. Бюл. № 32

Весь текст будет доступен после покупки