Підвищення ефективності тяги поїздів шляхом удосконалення системи рекуперативного гальмування
Loading...
Date
2006-06-02
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ
Abstract
UKR: Дисертація присвячена дослідженням по зменшенню витрат енергії на тягу поїздів в сучасних умовах роботи залізниць України шляхом удосконалення системи рекуперативного гальмування електровозів постійного струму з використанням сучасної мікропроцесорної техніки.
Проаналізовано сучасний стан та умови роботи залізниць України, визначені умови та шлях по зменшенню витрат енергії на тягу поїздів. Проведено дослідження, з метою забезпечення режиму руху поїзда, при якому гарантовано надійне рекуперативне гальмування на ділянці перед місцем обмеження швидкості при умові дотримання точно графікового часу. Такий режим у роботі позначено терміном – „раціональний”. Встановлено співвідношення між параметрами, що характеризують режими руху, використання якого дозволяє сформувати гальмівну характеристику, яка забезпечує раціональний режим рекуперації, тобто зменшення швидкості легковагових (до 3000 т) поїздів на відносно малих ухилах (до 6‰) на ділянках перед місцями обмеження швидкості від початкового значення точно до кінцевого виключно за рахунок рекуперативного гальмування при точному дотримані графікового часу руху поїзда. Показано, що діючі системи автоматичного керування рекуперативним гальмуванням не забезпечують раціональний режим рекуперації, з точки зору виконання графікового часу на заданій ділянці. Середня величина відхилення від графікового значення часу складає 7,2%. Розроблено загальну структуру системи автоматичного керування рекуперативним гальмуванням (САК РГ), з використанням широких можливостей сучасної елементної бази, для реалізації гальмівного процесу по запропонованим характеристикам. Створена математична модель для дослідження динамічних процесів в розробленій системі. Проведено аналіз перехідних процесів в розробленій САК РГ, що викликаються збуреннями, які властиві нормальним експлуатаційним режимам. Дана оцінка стійкості розробленої системи. Наведені рекомендації по практичному застосуванню результатів роботи та показана техніко-економічна ефективність їх використання.
RUS: Диссертация посвящена исследованиям по решению задачи уменьшения расхода энергии на тягу поездов в современных условиях работы железнодорожного транспорта Украины путем усовершенствования системы рекуперативного торможения электровозов постоянного тока с использованием современной микропроцессорной техники. Проанализировано современное состояние и условия работы железных дорог Украины, определенные условия и путь по уменьшению затрат энергии на тягу поездов. Проведены исследования, с целью обеспечения режима движения поезда, при котором гарантировано надежное рекуперативное торможение на участке перед местом ограничения скорости при условии точного соблюдения графика движения. Такой режим в работе обозначено термином – „рациональный”. Установлено соотношение между параметрами, которые характеризуют режимы движения, использование которого разрешает сформировать тормозную характеристику, которая обеспечивает рациональный режим рекуперации, т.е. уменьшение скорости легковесных (до 3000 т) поездов на относительно малых уклонах (до 6‰) на участках перед местами ограничения скорости от начального значения точно до конечного исключительно за счет рекуперативного торможения при точном соблюдении графика движения. Показано, что действующие системы автоматического управления рекуперативным торможением не обеспечивают рациональный режим рекуперации, с точки зрения выполнения графика. Средняя величина отклонения от графикового значения времени составляет 7,2%. Разработана общая структура системы автоматического управления рекуперативным торможением (САУ РТ), с использованием широких возможностей современной элементной базы, для реализации тормозного процесса по предложенным характеристикам. Силовая часть схемы состоит из индивидуальных полупроводниковых возбудителей, которые питают каждую пару обмоток возбуждения соединенных между собой последовательно. Возбудитель представляет собой широтноимпульсный преобразователь постоянного напряжения сети в постоянное регулируемое напряжение питания обмоток возбуждения с промежуточным звеном переменного тока. Разработана математическая модель САУ РТ для исследования динамических процессов протекающих в ней. Проведен анализ переходных процессов в разработанной САУ РТ, которые вызываются возмущениями свойственные нормальным эксплуатационным режимам. Для расчета переходных режимов использовано два независимых метода численного интегрирования дифференциальных уравнений: метод Рунге-Кутта с переменным шагом интегрирования и метод Булирша-Штера с переменным шагом интегрирования. Сравнение результатов полученных с использованием этих методов позволяет сделать вывод достоверности и правильности проведенных расчетов. Дана оценка устойчивости разработанной системы на основе критерия Рауса-Гурвица. Проведена экспериментальная проверка работоспособности отдельных блоков САУ РТ в лабораторных условиях. Сходимость теоретических и практических результатов высокая. Даны рекомендации по практическому применению результатов исследований и показана технико-экономическая эффективность их использования.
ENG: The dissertation is devoted to researches under the decision of a problem of reduction of a power consumption on draft of trains in modern operating conditions of a railway transportation of Ukraine by improvement of system of recuperative braking electric locomotives of a direct current with use of modern microprocessor technique. Researches are lead, with the purpose of maintenance of a mode of movement of a train at which reliable recuperative braking on a site before a place of restriction of speed under condition of exact observance of the train diagram is guaranteed. Such mode in work it is designated by the term - "rational". The parity between parameters is established, which characterize modes of movement, which use allows to generate the brake characteristic which provides a rational mode рекуперации, i.e. reduction of speed superficial (up to 3000 т) trains on rather small biases (up to 6 ‰) on sites before places of restriction of speed from initial value is exact up to final extremely due to recuperative braking at exact observance of the train diagram. It is shown, that working systems of automatic control do not provide with recuperative breaking a rational mode recuperative, from the point of view of performance of the schedule. The average size of a deviation from schedule value of time makes 7,2 %. The general structure of system of automatic control by recuperative braking (SAC RB), with use of ample opportunities of modern element base, for realization of brake process under the offered characteristics is developed. The power part of the circuit will consist of individual semiconductor activators which have each pair of windings of excitation connected among themselves consistently. The activator represents the pulsewidth converter of a constant pressure of a network in a constant adjustable pressure of a feed of windings of excitation with an intermediate link of an alternating current. Mathematical model SAC RB for research of dynamic processes proceeding in it is developed. The analysis of transients in developed SAC RB which are caused by indignations peculiar to normal operational modes is lead. For calculation of transitive modes it is used two independent methods of numerical integration of the differential equations. The estimation of stability of the developed system is given on the basis of Raus-Gurvits's criterion. Experimental check of serviceability of separate blocks SAC RB in laboratory conditions is lead. Convergence of theoretical and practical results high. Recommendations on practical application of results of researches are given and technical and economic efficiency of their use is shown.
RUS: Диссертация посвящена исследованиям по решению задачи уменьшения расхода энергии на тягу поездов в современных условиях работы железнодорожного транспорта Украины путем усовершенствования системы рекуперативного торможения электровозов постоянного тока с использованием современной микропроцессорной техники. Проанализировано современное состояние и условия работы железных дорог Украины, определенные условия и путь по уменьшению затрат энергии на тягу поездов. Проведены исследования, с целью обеспечения режима движения поезда, при котором гарантировано надежное рекуперативное торможение на участке перед местом ограничения скорости при условии точного соблюдения графика движения. Такой режим в работе обозначено термином – „рациональный”. Установлено соотношение между параметрами, которые характеризуют режимы движения, использование которого разрешает сформировать тормозную характеристику, которая обеспечивает рациональный режим рекуперации, т.е. уменьшение скорости легковесных (до 3000 т) поездов на относительно малых уклонах (до 6‰) на участках перед местами ограничения скорости от начального значения точно до конечного исключительно за счет рекуперативного торможения при точном соблюдении графика движения. Показано, что действующие системы автоматического управления рекуперативным торможением не обеспечивают рациональный режим рекуперации, с точки зрения выполнения графика. Средняя величина отклонения от графикового значения времени составляет 7,2%. Разработана общая структура системы автоматического управления рекуперативным торможением (САУ РТ), с использованием широких возможностей современной элементной базы, для реализации тормозного процесса по предложенным характеристикам. Силовая часть схемы состоит из индивидуальных полупроводниковых возбудителей, которые питают каждую пару обмоток возбуждения соединенных между собой последовательно. Возбудитель представляет собой широтноимпульсный преобразователь постоянного напряжения сети в постоянное регулируемое напряжение питания обмоток возбуждения с промежуточным звеном переменного тока. Разработана математическая модель САУ РТ для исследования динамических процессов протекающих в ней. Проведен анализ переходных процессов в разработанной САУ РТ, которые вызываются возмущениями свойственные нормальным эксплуатационным режимам. Для расчета переходных режимов использовано два независимых метода численного интегрирования дифференциальных уравнений: метод Рунге-Кутта с переменным шагом интегрирования и метод Булирша-Штера с переменным шагом интегрирования. Сравнение результатов полученных с использованием этих методов позволяет сделать вывод достоверности и правильности проведенных расчетов. Дана оценка устойчивости разработанной системы на основе критерия Рауса-Гурвица. Проведена экспериментальная проверка работоспособности отдельных блоков САУ РТ в лабораторных условиях. Сходимость теоретических и практических результатов высокая. Даны рекомендации по практическому применению результатов исследований и показана технико-экономическая эффективность их использования.
ENG: The dissertation is devoted to researches under the decision of a problem of reduction of a power consumption on draft of trains in modern operating conditions of a railway transportation of Ukraine by improvement of system of recuperative braking electric locomotives of a direct current with use of modern microprocessor technique. Researches are lead, with the purpose of maintenance of a mode of movement of a train at which reliable recuperative braking on a site before a place of restriction of speed under condition of exact observance of the train diagram is guaranteed. Such mode in work it is designated by the term - "rational". The parity between parameters is established, which characterize modes of movement, which use allows to generate the brake characteristic which provides a rational mode рекуперации, i.e. reduction of speed superficial (up to 3000 т) trains on rather small biases (up to 6 ‰) on sites before places of restriction of speed from initial value is exact up to final extremely due to recuperative braking at exact observance of the train diagram. It is shown, that working systems of automatic control do not provide with recuperative breaking a rational mode recuperative, from the point of view of performance of the schedule. The average size of a deviation from schedule value of time makes 7,2 %. The general structure of system of automatic control by recuperative braking (SAC RB), with use of ample opportunities of modern element base, for realization of brake process under the offered characteristics is developed. The power part of the circuit will consist of individual semiconductor activators which have each pair of windings of excitation connected among themselves consistently. The activator represents the pulsewidth converter of a constant pressure of a network in a constant adjustable pressure of a feed of windings of excitation with an intermediate link of an alternating current. Mathematical model SAC RB for research of dynamic processes proceeding in it is developed. The analysis of transients in developed SAC RB which are caused by indignations peculiar to normal operational modes is lead. For calculation of transitive modes it is used two independent methods of numerical integration of the differential equations. The estimation of stability of the developed system is given on the basis of Raus-Gurvits's criterion. Experimental check of serviceability of separate blocks SAC RB in laboratory conditions is lead. Convergence of theoretical and practical results high. Recommendations on practical application of results of researches are given and technical and economic efficiency of their use is shown.
Description
Д. Устименко: ORCID 0000-0003-2984-4381
Захист – 2 червня 2006 р.
Захист – 2 червня 2006 р.
Keywords
об’єм енергії рекуперації, гальмівна сила, структурна схема, математична модель, стійкість системи, перехідний процес, объем энергии рекуперации, тормозная сила, структурная схема, математическая модель, устойчивость системы, переходный процесс, brake force, the block diagram, mathematical model, stability of system, transient, volume of energy recovery, КЕТЕМ
Citation
Устименко, Д. В. Підвищення ефективності тяги поїздів шляхом удосконалення системи рекуперативного гальмування : авт. дис. ... канд. техн. наук: 05.22.07 / Д. В. Устименко ; Дніпропетр. нац. ун-т залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. — Дніпропетровськ, 2006. — 25 с.