WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

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

На правах рукописи

Середа Евгений Геннадьевич

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

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт–Петербург 2010

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения»

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент Никитин Виктор Валерьевич
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор Мазнев Александр Сергеевич
кандидат технических наук, доцент Лупкин Иван Дмитриевич
Ведущая организация: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения»

Защита диссертации состоится «23» декабря 2010 г. в 15 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д218.008.05 при ФГОУ ВПО «Петербургский государственный университет путей сообщения» по адресу:

190031, г. Санкт–Петербург, Московский пр., 9, ауд. 5–407.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Петербургский государственный университет путей сообщения»

Автореферат разослан «22» ноября 2010г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., профессор В. А. Кручек

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы: С общемировым ростом цен на энергоносители проблема снижения потерь при преобразовании, распределении и потреблении энергии становится приоритетным направлением развития многих областей промышленности и секторов экономики, в том числе и транспортной индустрии, как одной из наиболее энергоемких отраслей экономики. В связи с этим актуальной задачей в сфере транспортной энергетики является сокращение расхода топлива автономными транспортными средствами, к которым предъявляется ряд жестких требований: высокая экономичность, экологичность, надежность, возможность работы на дешевых видах топлива, низкая стоимость обслуживания, высокие массогабаритные показатели. Поэтому при создании перспективных мощных скоростных автономных локомотивов (610 МВт) весьма актуальна проблема применения газотурбинных двигателей (ГТД), имеющих следующие основные преимущества перед дизелем: существенно лучшие массогабаритные показатели, высокая ремонтопригодность, дешевое топливо и меньший расход смазки, меньше вредных выбросов в атмосферу.

Применение ГТД так же позволит согласовать тяговые характеристики автономного и электрического подвижного состава по мощности и скорости.

Вместе с тем ГТД присущи значительные недостатки: существенная зависимость экономичности от мощности и частоты вращения, большой расход топлива в режиме холостого хода. Одним из путей решения проблемы по устранению отмеченных выше недостатков ГТД является использование накопителей энергии.

Поэтому при проектировании и создании газотурбовозов проблема увеличения эксплуатационного КПД в режиме долевых тяговых нагрузок за счет применения накопителя энергии является актуальной.

Цель работы: разработка принципов построения и способов управления электроэнергетической системой на основе накопителей энергии для повышения экономичности первичного двигателя перспективного газотурбовоза.

Объект исследования: электроэнергетическая установка перспективного автономного транспортного средства со сверхпроводниковым индуктивным накопителем энергии (СПИН) и газотурбинным первичным двигателем.

Предмет исследования: режимы работы, способы управления, массогабаритные и энергетические параметры электротехнического комплекса со СПИН, обеспечивающего повышение экономичности газотурбинного двигателя автономного транспортного средства с электрической передачей.

Задачи исследования:

– Обоснование типа и энергоемкости накопителя применительно к специфическим условиям работы в составе газотурбинной энергетической установки;

– Разработка зарядно-разрядного преобразователя для СПИН, обеспечивающего согласование характеристик источников, накопителей и потребителей электрической энергии автономного транспортного средства;

– Разработка способов регулирования дополнительной мощности, отбираемой накопителем энергии от газотурбинной установки при различных условиях движения транспортного средства;

– Разработка решений по повышению эффективности использования накопленной энергии.

Методы исследования. Решение поставленных задач выполнено с использованием методов термодинамики, теории электромагнитного поля, теории электрических цепей, аналитико-численных методов с использованием пакета MATLAB и компьютерного моделирования в пакете SIMULINK.

Достоверность научных результатов.

Достоверность научных положений и работоспособность предложенных технических решений подтверждена результатами экспериментальных исследований макетного образца электроэнергетической установки. Погрешность результатов расчетов токов и напряжений на основных элементах преобразователя по отношению к экспериментальным измерениям не превышает 5%.

Научная новизна:

– Предложена методика оценки электромагнитных и массогабаритных параметров обмотки тороидального СПИН;

– Разработаны способы регулирования мощности, отбираемой СПИН от тягового турбоагрегата. Определены требования к преобразователю, обеспечивающему заряд и разряд СПИН в электроэнергетической системе перспективного транспортного средства.

– Созданы компьютерные модели, позволяющие исследовать работу разработанных зарядных и разрядных преобразователей, согласующих СПИН с источниками и потребителями традиционного исполнения.

Практическая ценность работы:

– Предложено для повышения эксплуатационного КПД перспективного газотурбовоза использовать СПИН в качестве дополнительной нагрузки первичного двигателя в режимах долевых тяговых нагрузок с последующим использованием накопленной электрической энергии для питания бортовых потребителей собственных нужд в режиме холостого хода ГТД;

– Определены предельные электромагнитные и массогабаритные параметры обмотки тороидального СПИН по условиям размещения в заданных габаритах транспортного средства;

– Разработаны схемотехнические решения и алгоритмы управления преобразовательными устройствами, обеспечивающими импульсный режим накопления и отдачи электрической энергии;

– Разработано техническое решение, позволяющее повысить эффективность использования энергии, накопленной в СПИН.

Реализация работы.

Разработанные в диссертации принципы работы схемы поэтапного заряда и разряда сверхпроводникового индуктивного накопителя энергии через промежуточный емкостной накопитель и варианты способов регулирования времени и потребляемой мощности при заряде сверхпроводникового индуктивного накопителя энергии от источников питания традиционного исполнения использованы при проведении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по сверхпроводящим магнитным системам электрофизических установок в научно-исследовательском вычислительном отделе научно-технического центра «Синтез» Федерального государственного унитарного предприятия «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры имени Д.В. Ефремова».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и осуждались на: международном симпозиуме «Eltrans’ 2007» «Электрификация и организация скоростных и тяжеловесных коридоров на железнодорожном транспорте» (г. Санкт-Петербург, 23–26 октября 2007 г); международном симпозиуме «Eltrans’ 2009» «Электрификация, инновационные технологии, скоростное и высокоскоростное движение на железнодорожном транспорте» (г. Санкт-Петербург, 20-23 октября 2009 г); международной конференции «Современные технологии – транспорту» (г. Санкт-Петербург, 28 апреля 2009 г); Всероссийской научно-технической конференции «Транспорт 2010» (г. Ростов-на-Дону, 14-16 апреля 2010 г); научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Шаг в будущее» (Санкт-Петербург, ПГУПС в 2007, 2008 и 2009 годах); заседаниях кафедры «Электромеханические комплексы и системы» (Санкт-Петербург, ПГУПС в 2007, 2008, 2009 и 2010 годах).

Публикации. По теме диссертационной работы имеется 7 публикаций, из них один патент на полезную модель, и одна публикация в издании, рекомендуемом ВАК Минобразования Росси.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объём диссертации составляет 156 страниц, включая 70 рисунков, 6 таблиц и 3 приложения. Библиографический список содержит 115 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованна актуальность темы и выбранного направления исследования. Дана краткая Характеристика диссертационной работы, её цели, задачи, методы исследования, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен обзор современных ГТД, представлен анализ влияния различных параметров на их характеристики и определена энергоемкость накопителя.

Прогресс в области конструирования газотурбинных двигателей позволяет создавать ГТД для локомотивов с достаточно высокими значениями КПД и ресурса работы. Применение современных технологий при создании ГТД способствует улучшению их экономических характеристик в режиме долевых тяговых нагрузок и на холостом ходу, но не исключает недостатки присущие ГТД в этих режимах полностью. Использование накопителей энергии должно быть направлено на устранение недостатков, присущих ГТД грузового локомотива, т.е. накопитель энергии должен обеспечить стабилизацию КПД ГТД в широком диапазоне мощностей.

Обработка универсальных гистограмм, определяющих распределение мощности грузовых локомотивов по времени в зависимости от коэффициента использования мощности в режиме долевых тяговых нагрузок КN показывает, что в широком диапазоне КN = const относительная величина мощности всегда меньше номинальной, причем с увеличением КN в значительном интервале времени диапазон изменения мощности уменьшается, что приводит к увеличению относительного коэффициента полезного действия ГТД на заданном интервале времени.

Увеличение коэффициента КN можно достигнуть путем использования накопителя энергии в качестве дополнительной нагрузки тягового генератора, а следовательно и ГТД. Структурная схема тяговой энергетической передачи газотурбовоза с накопителем энергии приведена на рис.1.

Заряд. В режиме долевых тяговых нагрузок накопитель энергии подключается к генератору догружая ГТД, увеличивается коэффициент использования мощности КN, что приводит к увеличению эксплуатационного КПД газотурбовоза. По основному каналу энергия подводится (через тяговый преобразователь) к тяговым электродвигателям, по маломощному каналу – через преобразователь к вспомогательному электрооборудованию (ВЭО) и накопителю энергии.

Разряд. В режиме холостого хода ГТД работает с параметрами, обеспечивающими минимальный расход топлива, от тягового генератора отключаются преобразователь и тяговые электродвигатели, а ВЭО получает питание через преобразователь от накопителя энергии.

Повышение эксплуатационного КПД при применении накопителя энергии может быть определено по формуле:

,

где, – коэффициенты, учитывающие работу двигателя на долевых нагрузках и холостом ходу, без и с использованием накопителя энергии в качестве дополнительной нагрузки соответственно.

Коэффициенты, определяются по следующей формуле:

,

где: при ; – относительная величина расхода топлива в режиме холостого хода.

Анализ показывает, что величина существенно зависит от доли ВЭО в номинальной мощности газотурбовоза (N0) m, и относительного времени холостого хода и может составлять от 2-х до 10%. На рис.2 приведены результаты расчетов для доли мощности ВЭО m = 0,04 из которых видно, что для среднего и m = 0,04 в зависимости от величина находится в пределах (47)%.

Энергоемкость накопителя должна определяться по режиму холостого хода:

,

где: Ц – время цикла заряд-разряд накопителя энергии, определяется из нагрузочных диаграмм.

Нагрузочные диаграммы локомотивов носят неравномерный перемежающийся характер: величина средней мощности в периоды нагрузок, времена долевых тяговых нагрузок и холостого хода являются различными. В качестве первого приближения для ГТД газотурбовоза нагрузочная диаграмма принята равномерной перемежающейся с одинаковыми чередующимися циклами; при этом сохранены неизменными соотношения между средними временами нагрузок и холостого хода за период полного пробега и цикла.

На рис.3 приведена зависимость энергоемкости накопителя от времени цикла заряд-разряд для газотурбовозов мощностью МВт и МВт при и различных значениях m.

Для дальнейшего расчета энергоемкость накопителя принята равной МДж.

Во второй главе рассмотрены различные типы накопителей энергии из условия возможности согласования их характеристик с параметрами газаторбинной установки в составе энергетической передачи автономного локомотива. При выборе накопителя энергии устанавливаемого на подвижном составе большое значение имеют величины удельных энергоемкостей на единицу массы и объема и скорость вывода энергии. Для сравнения основных типов накопителей энергии их удельные показатели представлены на рис.4.

Прогресс в области создания высокотемпературных сверхпроводников второго поколения и анализ характеристик накопителей энергии показывает, что в составе электроэнергетической установки перспективного газотурбовоза целесообразно использовать СПИН, обладающие следующими преимуществами: наилучшими массогабаритными показателями, возможностью хранения запасенной энергии сколь угодно долгое время, высоким быстродействием при практически неограниченном количестве циклов (заряд-разряд).

Рис.4. Удельные параметры накопителей энергии

Разработана методика определения электромагнитных и массогабаритных параметров обмотки тороидального СПИН (рис.5). Исходными данными для расчета является: энергоемкость СПИН (W), максимальный зарядный ток (IСПИН max), расчетное значение максимальной индукции в обмотке (B), тип сверхпроводника и коэффициент заполнения обмоточного провода сверхпроводником. Результатом расчета являются: диаметр тора (D), число витков обмотки (w), усредненная и критическая плотность тока в обмотке определяется по характеристике конкретного типа сверхпроводника j=f(B), размеры поперечного сечения витка (ширина витка а, толщина витка ), масса проводникового материала (Mа).

; ; ; ;, где d*=d/D – относительный диаметр намотки катушки, – плотность сверхпроводникового материала.

На основании предложенной методики получены зависимости массогабаритных параметров от магнитной индукции (рис.6) из которых видно, что значение максимальной индукции в магнитной системе целесообразно зафиксировать в диапазоне 8 – 10 Тл.

При расчете СПИН следует учесть требования к габаритам подвижного состава. Наружный диаметр торойда не должен превышать поперечного габарита подвижного состава. По результатам расчета была получена зависимость энергоемкости СПИН от отношения внутреннего диаметра обмотки к диаметру тора (d/D), представленная на рис.7 при магнитной индукции в обмотке В=10 Тл и наружном диаметре dн=3 м.

Из графика видно, что энергоемкость тороидального модуля СПИН удовлетворяющего требованиям к габаритам подвижного состава должна быть менее 60 МДж. Поэтому СПИН энергоемкостью 300 МДж должен состоять из 6 тороидальных модулей энергоемкостью по 50 МДж.

Таким образом, оказывается возможным оценить предельные относительные массогабартные параметры обмотки тороидального СПИН для автономных локомотивов: удельная масса (по активному материалу) составляет не менее 12 т/ГДж, удельный объем – не менее 115 м3/ГДж.

В третьей главе рассмотрены варианты структурных схем накопления избыточной энергии ГТД в СПИН, обосновано схемное решение для зарядного преобразователя, получены зависимости для расчета его основных параметров и разработаны способы регулирования мощности, отбираемой от ГТД.

Особенностями СПИН, как приемника (источника) энергии, являются медленно меняющийся ток и низкое напряжение. Это затрудняет его непосредственное подключение к источникам (приемникам) энергии традиционного исполнения (электромашинным и статическим преобразователям), поэтому заряд СПИН от выпрямителя, установленного на выходе тягового синхронного генератора (СГ), целесообразно осуществлять через промежуточный емкостной накопитель (ЕН) малой энергоемкости (рис.8). В этом случае заряд СПИН будет проходить поэтапно, принимая характер импульсной накачки энергии. Преимущества такого варианта состоят в том, что СГ освобождается от работы с большими, медленно меняющимися токами, в результате чего появляется возможность гибко регулировать величину и длительность дополнительной нагрузки ГТД в зависимости от различных внешних условий. При достаточно частых импульсах заряда промежуточного ЕН ГТД вследствие своей инерционности будет воспринимать не импульсную, а некоторую среднюю дополнительную нагрузку.

Для ограничения бросков тока при заряде промежуточного ЕН необходимо использовать токоограничивающие реакторы, которые могут быть включены в фазы выпрямителя на стороне переменного тока или в цепь выпрямленного тока. В работе оба варианта сравниваются исходя из одинаковой энергии, запасаемой в промежуточном ЕН, и ограничения бросков выпрямленного тока до одинаковой величины. Показано, что схема с включением токоограничивающего реактора в цепь выпрямленного тока обеспечивает меньшие суммарные массогабаритные параметры промежуточного ЕН и токоограничивающих реакторов, а также меньшие потери мощности при заряде. Кроме того, схема с включением токоограничивающего реактора в цепь выпрямленного тока обеспечивает меньшую скорость нарастания начального броска тока и меньшее время заряда промежуточного ЕН (рис.9). Первое обстоятельство облегчает условия работы полупроводниковых приборов, а второе позволяет увеличить среднюю дополнительную мощность, отбираемую от ГТД в режимах долевых тяговых нагрузок.

В результате анализа переходного процесса заряда ЕН при ряде упрощающих допущений получены выражения для минимального значения емкости промежуточного ЕН и индуктивности токоограничивающего реактора в зависимости от напряжения на выходе выпрямителя (Ud), максимального допустимого значения тока в процессе заряда (Im) и минимального времени заряда ЕН (tз), которое целесообразно принимать на порядок больше времени переключения полупроводниковых приборов из непроводящего состояния в проводящее и обратно:

;.
Рис.9. Временные диаграммы зарядного тока и напряжения ЕН

Рассмотрены способы регулирования мощности, потребляемой от СГ, при заряде промежуточного ЕН. Во избежание аварийных перенапряжений данный процесс нельзя прервать до достижения напряжением ЕН установившегося значения, поэтому мощность заряда промежуточного ЕН можно регулировать за счет изменения его начального напряжения в зарядно-разрядном цикле. Установлено, что мощность при заряде промежуточного ЕН уменьшается с ростом начального напряжения заряда (UНАЧ), и зависит от напряжения на выходе выпрямителя и от максимально допустимого тока в процессе заряда, но не зависит от емкости промежуточного ЕН и индуктивности токоограничивающего реактора:

Таким образом, изменяя начальное значение напряжения заряда ЕН, можно в широком диапазоне регулировать мощность заряда.

Вторым этапом процесса накопления избыточной энергии ГТД в СПИН является разряд промежуточного ЕН на СПИН. Длительность данного этапа также определяет мощность, отбираемую от тягового турбоагрегата, т.к. влияет на частоту следования импульсов заряда ЕН. В работе выполнен анализ влияния величины UНАЧ (глубины разряда ЕН) на мощность процесса разряда ЕН на СПИН. При этом принято допущение, что ток СПИН на протяжении одного цикла дозаряда остается неизменным. Показано, что мощность разряда не зависит от начального напряжения промежуточного ЕН, а зависит только от напряжения на выходе выпрямителя и текущего тока СПИН:

.

Относительная мощность заряда СПИН от СГ в зависимости от начального напряжения дозаряда промежуточного ЕН:

.

Моделирование заряда СПИН с учетом изменения его тока в процессе одного цикла дозаряда, влияния индуктивного сопротивления фаз синхронного генератора и не идеальности полупроводниковых ключей выполнено в программе MatLab Simulink. Временные диаграммы напряжения и тока на промежуточном ЕН и тока СПИН, при начальном напряжении ЕН UНАЧ=0, на различных интервалах заряда СПИН, полученные при моделировании, представлены на рис.10 и рис.11.

Временные диаграммы работы преобразователя
Рис.10. Рис.11.

Получены кривые времени, КПД и средней мощности, потребляемой от тягового турбоагрегата, при заряде одного модуля СПИН в зависимости от начального напряжения заряда промежуточного ЕН представленные на рис.12.

Таким образом, предложенное схемное решение зарядного преобразователя и разработанные принципы регулирования мощности заряда СПИН обеспечивают высокий КПД и широкий диапазон регулирования мощности, потребляемой от тягового турбоагрегата, в процессе заряда СПИН.

Рис.12. Влияние начального напряжения заряда ЕН на параметры процесса заряд СПИН

В четвертой главе выработаны принципы питания бортовых потребителей от СПИН, получены выражения для расчета основных параметров разрядного преобразователя и предложены технические решения по повышению эффективности использования энергии СПИН.

Статическая вольтамперная характеристика СПИН представляет собой характеристику источника тока, величина которого определяется запасенной энергией, но для питания электроприводов вспомогательных механизмов источник энергии должен обладать вольтамперной характеристикой источника напряжения. Таким образом, обеспечение требуемого вида вольтамперной характеристики на входе потребителя возможно лишь при наличии промежуточного преобразователя медленно меняющегося тока в напряжение, поддерживаемое практически постоянным. Таким преобразователем может являться емкостной накопитель (ЕН) малой энергоемкости. Аналогично заряду, разряд СПИН предложено осуществлять путем импульсной перекачки энергии через ЕН, напряжение которого должно поддерживаться изменяющимся в весьма узком диапазоне. Принципиальная схема, обеспечивающая питание бортовых потребителей от СПИН, представлена на рис.13. Для исключения аварийных перенапряжений при переводе СПИН в режим кратковременного хранения энергии предложено использовать вентиль VD, снимающий требование синхронности управления полупроводниковыми ключами К1 и К3.

Установлено, что выбор емкости промежуточного ЕН для разряда СПИН на бортовые потребители должен осуществляться исходя из максимального зарядного тока СПИН (IСПИН max), допустимого диапазона изменения входного напряжения потребителей (U0) и минимального времени заряда ЕН (tз):

.
Рис.13. Принципиальная схема питания бортовых потребителей от СПИН. Обозначения аналогичны рис.8, К5 – полупроводниковый ключ, осуществляющий соединение ЕН с автономным инвертором АИН и/или широтно-импульсного преобразователя постоянного напряжения ИППН; VD – диод.

Параметры элементов схемы разрядного преобразователя существенно зависят как от характеристик источника питания (СПИН), так и от параметров потребителей. Показано, что при характерных параметрах бортовых потребителей энергии емкость ЕН в разрядных цепях СПИН в несколько десятков раз больше емкости ЕН в зарядных цепях СПИН, что свидетельствует о необходимости иметь два промежуточных ЕН различной емкости и функционального назначения: для заряда и разряда СПИН.

Очевидно, что напряжение U0 на выходе разрядного преобразователя будет поддерживаться в заданном диапазоне только при условии, что ток СПИН больше или равен току бортовых потребителей. Это приведет к тому, что в СПИН может оставаться недоиспользованная («мертвая») энергия, величина которой тем больше, чем больше суммарный ток потребителей в данный момент времени. При характерных мощностях локомотивных бортовых потребителей собственных нужд «мертвая» энергия может составлять 7…10 % расчетной энергоемкости СПИН. Для уменьшения этого показателя в работе предложено увеличивать допустимое время заряда ЕН путем питания потребителей от нескольких модулей СПИН поочередно, каждый из которых разряжается через свой промежуточный ЕН. Это позволит снизить объем «мертвой» энергии при характерных мощностях потребителей до 1,5…2 %, если их питание осуществляется от двух модулей СПИН(рис.14).

В пятой главе приведены результаты экспериментальных исследований.

Основными целями экспериментальных исследований являлись проверка работоспособности схемы поэтапного заряда индуктивного накопителя (ИН) через промежуточный ЕН, верификация модели зарядного преобразователя для индуктивного накопителя энергии, на основании которой проводились исследования, представленные в третьей главе и проанализировать влияние емкости промежуточного накопителя и индуктивности токоограничивающего реактора на основные параметры процесса заряда индуктивного накопителя. Для решения поставленных задач разработан и изготовлен преобразователь, осуществляющий поэтапный заряд ИН через промежуточный конденсатор. Измерения параметров процесса заряда ИН проводились при помощи комплекта виртуальных компьютерных измерительных приборов NI ELVIS.

Отличием схемы с ИН от схемы со СПИН являются значительные потери на активном сопротивлении ИН, замкнутого накоротко в режиме «хранения» энергии, за время дозаряда промежуточного ЕН. Это приводит к тому, что в процессе заряда ИН наступает такой квазиустановившийся режим, при котором энергия, отданная ИН за один цикл разряда промежуточного ЕН, будет целиком рассеиваться на активном сопротивлении ИН за время заряда промежуточного ЕН. Вследствие этого в экспериментальной установке заряд ИН возможен лишь до значения среднего тока, обусловленного балансом энергии, отдаваемой от промежуточного ЕН и энергии, рассеиваемой на активном сопротивлении ИН.

Результаты экспериментальных исследований, представленные на рис. 15 и рис. 16, подтвердили адекватность принятой в исследованиях модели: расхождение между расчетными данными, полученными на модели, и результатами физического эксперимента не превышают 5%.

Основные результаты работы

  1. Рекомендовано для повышения экономичности работы газотурбовоза в режиме долевых тяговых нагрузок использовать быстродействующие накопители энергии многократного действия. Использование накопителя энергии в режиме долевых тяговых нагрузок позволит увеличить коэффициент использования мощности ГТД, что в свою очередь может дать относительное увеличение эксплуатационного КПД газотурбовоза на 2…10% в зависимости от относительных значений мощности потребителей энергии, расхода топлива в режиме холостого хода, а также продолжительности режима холостого хода.
  2. На основе анализа характеристик современных накопителей энергии показаны преимущества СПИН в составе энергетической установки перспективного газотурбовоза. Предложена методика первичной оптимизации электромагнитных и массогабаритных параметров обмотки СПИН тороидального исполнения по критерию максимальной запасенной энергии.
  3. Обоснованы схемные решения зарядного и разрядного преобразователей, обеспечивающих согласование характеристик СПИН и бортовых источников и потребителей электроэнергии традиционного исполнения.
  4. Получены формулы для расчета параметров основных элементов зарядно-разрядных преобразователей СПИН. Разработаны алгоритмы управления преобразователями и способы регулирования мощности, отбираемой СПИН от тягового турбоагрегата в режимах меняющихся тяговых нагрузок.
  5. Разработаны технические решения по снижению объема «мертвой» энергии, остающейся в СПИН при повышении суммарной мощности бортовых потребителей энергии.
  6. Экспериментально подтверждена работоспособность предложенных схемных решений и адекватность модели зарядного преобразователя индуктивного накопителя, принятой в теоретических исследованиях.

Основные публикации по теме диссертации

публикации в изданиях, которые входят в перечень, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации:

1. Принципы использования сверхпроводникового индуктивного накопителя энергии для повышения экономичности силовой установки автономного транспортного средства с электрической передачей [Текст] / В.В. Никитин, Е.Г. Середа, Б.А. Трифонов // Известия высших учебных заведений: Проблемы энергетики. – Казань, 2010. № 1-2. – С. 62-70.

Материалы международных конференций и статьи в российских изданиях:

2. Простая схема применения сверхпроводникового накопителя энергии (СПИН) для повышения экономичности грузовых газотурбовозов [Текст] / А.И. Хожаинов, В.В. Никитин, Г.Е. Середа, Е.Г. Середа // Материалы Четвертого международного симпозиума Элтранс-2007: Электрификация и организация скоростных и тяжеловесных коридоров на железнодорожном транспорте. – СПб.:ПГУПС, 2007. – С. 447-456.

3. Методика расчета электромагнитных и массогабаритных параметров обмотки тороидального сверхпроводникового индуктивного накопителя энергии [Текст] / Никитин В.В., Середа Е.Г. // Известия Петербургского университета путей сообщения. – СПб.:ПГУПС, 2009, №3, С.125-135

4. Анализ схемы заряда сверхпроводникового индуктивного накопителя энергии через промежуточный емкостный накопитель [Текст] / Е. Г. Середа // Известия Петербургского университета путей сообщения. – СПб.:ПГУПС, 2009. – № 2. – С. 60-70.

5. Экспериментальные исследования заряда индуктивного накопителя энергии через промежуточный емкостной накопитель [Текст] / В.В. Никитин, Г.Е. Середа, Е.Г. Середа // Тез. докл. пятого международного симпозиума Элтранс-2009: Электрификация, инновационные технологии скоростное и высокоскоростное движение на железнодорожном транспорте. – СПб.:ПГУПС, 2009. – С. 59-60.

6. Преобразователь для использования сверхпроводникового накопителя энергии в составе энергетической установки автономного локомотива [Текст] / В.В. Никитин, Е.Г. Середа // Труды Всероссийской научно – практической конференции «Транспорт–2010». – Ростов-на-Дону.:РГУПС, 2010, Часть 3, – С. 220-222

7. Пат. 74347 U1 Российская Федерация, МКИ3 МПК, B 60 L 11/02. Газотурбовоз / Хожаинов А.И., Никитин В.В., Середа Г.Е., Лебедева Н.П., Середа Е.Г.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учереждение высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения»– № 2008105860/22; заявл. 15.02.2008; опубл. 27.06.2008, Бюл. № 18. – 2 с. : 1.ил.

Автор выражает благодарность д.т.н., профессору, заслуженному деятелю науки и техники Российской Федерации Хожаинову А.И. за полезные консультации по режимам работы газотурбинных установок локомотива.

Подписано к печати .11.10 г. Печ.л. ­– 1,0
Печать – ризография Бумага для множит. апп. Формат 60х84 1/16
Тираж 100 экз. Заказ №

Тип. ПГУПС 190031, С-Петербург, Московский пр. 9



 
Похожие работы:

«ПАХОМОВ Андрей Викторович МЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПОМЕСЯЧНОГО РАСХОДА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ РЕГИОНА ДЛЯ МОНИТОРИНГА И ПРИНЯТИЯ СТРАТЕГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЮ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2009 Работа выполнена на кафедре Электроснабжение промышленных предприятий Московского энергетического института (Технического университета)...»

«КОЗЛОВСКИЙ ВЛАДИМИР НИКОЛАЕВИЧ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА И НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Тольятти 2010 Работа выполнена на кафедре Электрооборудование автомобилей и электромеханика Тольяттинского государственного университета. Официальные оппоненты: доктор технических наук ЭЙДИНОВ Анатолий Алексеевич, доктор технических...»

«ШКЛЯРСКИЙ Андрей Ярославович Повышение Качества электроэн ер гии в промысловых распределительных сетях предприятий нефтедобычи Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук САНКТ-ПЕТЕРБУРГ – 2013 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Национальный минерально-сырьевой университет Горный. Научный...»

«ЛОВЛИН Сергей Юрьевич РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ЭФФЕКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРЕЦИЗИОННЫМИ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ КОМПЛЕКСОВ ВЫСОКОТОЧНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук САНКТ-ПЕТЕРБУРГ - 2013 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский национальный исследовательский...»

«Ганиев Ришат Наильевич ОПТИМИЗАЦИЯ ЭКСТРУЗИОННОГО ПРОЦЕССА ШИНОПРОИЗВОДСТВА ПРИМЕНЕНИЕМ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Чебоксары – 2012 Работа выполнена на кафедре Электропривод и автоматизация промышленных установок Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования...»

«Ильин Данила Владимирович НЕЗАКОННЫЕ СДЕЛКИ С ЗЕМЛЕЙ: УГОЛОВНО-ПРАВОВАЯ ОЦЕНКА 12.00.08 – уголовное право и криминология; уголовно-исполнительное право Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата юридических наук Москва 2013 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московский государственный юридический университет имени О.Е. Кутафина (МГЮА) Научный руководитель доктор...»

«Гудков Антон Владимирович РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК НА НИЗШИХ СТУПЕНЯХ ИЕРАРХИИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Самара 2009 Работа выполнена на кафедре Автоматизированные электроэнергетические системы в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Самарский государственный...»

«ПОЛЯКОВ Виталий Евгеньевич ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ПАРАМЕТРОВ ИСТОЧНИКОВ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ С НЕПРЕРЫВНЫМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ЦИКЛОМ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2010 Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном...»

«Абельдаев Айвар Русланович Разработка методики ранговой оптимизации развития распределенных источников электроэнергии групп потребителей для повышения надежности электроснабжения Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2009 Работа выполнена на кафедре Электроснабжение промышленных предприятий Московского энергетического института (Технического университета) Научный...»

«Федяева Галина Анатольевна ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ НЕСТАЦИОНАРНЫХ И АВАРИЙНЫХ РЕЖИМАХ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА С АСИНХРОННЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы 05.22.07 – Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Москва – 2008 Работа выполнена в ГОУ ВПО Московский государственный университет путей сообщения Научный консультант доктор...»

«ИЛИАНА АНТОНИА ГОНСАЛЕС ПАЛАУ ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ПАРАМЕТРОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ РАЦИОНАЛЬНУЮ СТЕПЕНЬ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В СЛОЖНЫХ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСАХ С НЕЛИНЕЙНЫМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2011 Работа выполнена в...»

«ФЕДИН МАКСИМ АНДРЕЕВИЧ разработка СИСТЕМЫ управления ТЕМПЕРАТУРНЫМ РЕЖИМОМ индукционных тигельных миксеров Специальность 05.09.10 – Электротехнология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва, 2009 Работа выполнена на кафедре Физика электротехнических материалов и компонентов и автоматизация электротехнологических комплексов Московского энергетического института (технического университета). Научный руководитель: Доктор технических...»

«ДОРОШЕВ Юрий Степанович РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ И КОМПЛЕКСНЫЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ Специальности: 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Владивосток 2009 Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Дальневосточном государственном техническом университете (ДВПИ имени...»

«О садченко Александр Александрович МОНИТОРИНГ ИСКРЕНИЯ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА Специальность: 05.09.01 - Электромеханика и электрические аппараты АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Томск - 2010 Работа выполнена в ГОУ ВПО Томский политехнический университет Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Рапопорт Олег Лазаревич Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Беспалов Виктор...»

«Бабурин Сергей Васильевич ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ С ГАЗОТУРБИННЫМ ПРИВОДОМ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2007 Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте им. Г.В. Плеханова (техническом университете)...»

«КАРАНДЕЙ ВЛАДИМИР ЮРЬЕВИЧ МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КОМПОНЕНТОВ КАСКАДНОЙ СИСТЕМЫ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Краснодар – 2009 Работа выполнена в ГОУ ВПО Кубанский государственный технологический университет Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Попов Борис Клавдиевич Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор...»

«КРАВЧЕНКО Илья Владимирович ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ РАЗВИТИЯ АВАРИЙ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ СРЕДСТВАМИ ПРОТИВОАВАРИЙНОЙ АВТОМАТИКИ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2012 г. Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Национальный минерально-сырьевой...»

«Рыжкова Елена Николаевна РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ЗАМЫКАНИЯХ НА ЗЕМЛЮ, РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ С ИЗОЛИРОВАННОЙ И КОМПЕНСИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ Специальность 05.09.03  – Электротехнические комплексы и системы Автореферат диссертации на соискание ученой степени...»

«АНДРЕЕВ ДМИТРИЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ повышения эффективности ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ электротехнического комплекса ГОРОДСКИХ ЭЛЕКТРОПИТАЮЩИХ СИСТЕМ Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Тула – 2013 Работа выполнена в Новомосковском институте (филиале) федерального государственного бюджетного образовательного учреждении высшего профессионального образования Российский химико-технологический...»

«Петров Сергей Петрович ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ И ЭКОНОМИЧНОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ ГАЗОТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2012 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Национальном минерально-сырьевом университете Горный. Научный...»








 
2014 www.avtoreferat.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.