Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора
технических наук: 05.09.03 – электротехнические комплексы и
системы. — Казанский государственный энергетический университет. —
Краснодар, 2007. — 51 с.
Научный консультант: доктор технических наук, профессор Идиятуллин
Р.Г.
Цель работы состоит в разработке научных основ
проблемы оптимизации технологических режимов силового привода
подвижного состава по критерию минимума электропотребления, имеющей
важное отраслевое и хозяйственное значение.
Научная новизна диссертационной работы определяется следующими положениями:
впервые предложен метод обоснованного математического упрощения жесткой системы нелинейных дифференциальных уравнений подвижного состава ГЭТ, опирающийся на теорему о предельном переходе, доказанную академиком А.Н. Тихоновым, и позволяющий строго отделять «медленные» составляющие решения от «быстрых» и оценивать допускаемые при этом погрешности расчетов;
для существующих условий эксплуатации ГЭТ предложена математическая модель расчета оптимальных по критерию минимума электропотребления технологических режимов силового привода ПС с учетом всех ограничений и требований безопасности движения. Разработаны основные принципы построения данных режимов;
впервые предложена математическая модель расчета оптимальных среднеходовых скоростей движения ПС трамваев на перегонах, с ограничениями скорости до 5-20 км/ч, в функции длины перегонов и эквивалентного ограничения скорости;
для анализа эксплуатационных режимов силового привода ПС в условиях многочисленных ограничений скорости движения введен новый критерий - эквивалентное ограничение скорости;
впервые исследованы статистические модели основных параметров маршрутных систем городов, влияющих на энергетические характеристики работы силового привода ПС ГЭТ. Получены статистические законы распределения протяженности перегонов и участков, длин и радиуса кривых, среднеходовых скоростей движения ПС на перегонах и участках, удельного расхода электроэнергии силового привода подвижного состава для маршрутных систем электрического транспорта различных городов, установлены зависимости указанных величин;
получены эмпирические зависимости удельного расхода электроэнергии силового привода трамваев на перегонах в функции среднеходовых скоростей движения ПС, а также среднеходовых скоростей в функции параметров перегона, дающие более точные оценки расчетных параметров технологических режимов СП, чем существующие методы расчета.
Практическая ценность диссертационной работы определяется следующими результатами:
предложены методы расчета оптимальных технологических режимов силового привода ПС, которые позволяют определить расчетные параметры режимов работы силового привода с большим уровнем адекватности реальным условиям эксплуатации, чем расчеты по существующим методам, а также рассчитать оптимальные технологические режимы силового привода трамваев при эквивалентном ограничении скорости движения на перегоне 5-15 км/ч;
установлены оптимальные параметры режимов эксплуатации трамваев при движении в кривых участках пути, позволяющие увеличить среднеходовую скорость движения ПС и снизить удельный расход электроэнергии на тягу. Обоснована необходимость введения в паспорта участков данных по кривым с учетом профиля и указанием параметров оптимальных режимов для различных моделей ПС;
разработана методика анализа параметров маршрутных систем городов на основе теории вероятностей и математической статистики, позволяющая анализировать объективные причины существующего уровня расхода электроэнергии на тягу подвижного состава, предлагать рекомендации и разрабатывать меры для снижения УРЭ; анализировать энергетические показатели силового привода ПС и параметры маршрутной системы ГЭТ для обобщения опыта эксплуатации и проектирования маршрутных систем городов;
внедрена методика экспериментальных исследований режимов работы СП трамваев на основе режимных карт и бортовой системы учета, позволяющая контролировать режимы работы тяговых электродвигателей и разрабатывать нормы расхода электроэнергии;
созданы алгоритмы и программы расчета оптимальных технологических режимов силового привода подвижного состава трамваев с учетом ограничений и требований безопасности движения; использование специализированных вычислительных машин дает возможность построить тренажеры для водителей, работающие в режиме реального времени;
полученные методы внедрены на заводе ОАО «Татэлектромаш» и позволяют на этапе проектирования оценить эксплуатационные режимы тяговых электродвигателей ДК – 259Г3, ДК – 259Е, ДК – 259ЕМ и рассчитать электромеханические характеристики ТЭД, электротяговые и токовые характеристики трамвайных вагонов КТМ 71-605, КТМ 71-608 на заданных маршрутах эксплуатации;
результаты диссертационного исследования используются в учебном процессе КГЭУ при преподавании дисциплин: «Основы электрического транспорта», «Введение в специальность», «Проектирование и расчет электрического транспорта», «Проектирование электрического транспорта и основы энергосбережения»; автором выпущена монография, два учебных пособия и учебно-методические работы;
реализация на транспортных предприятиях г.г. Набережные Челны, Нижнекамск оптимальных технологических режимов силового привода трамваев, рассчитанных по предложенным методам, принесла до 3 % экономии электроэнергии, потребляемой тяговыми электродвигателями.
Научная новизна диссертационной работы определяется следующими положениями:
впервые предложен метод обоснованного математического упрощения жесткой системы нелинейных дифференциальных уравнений подвижного состава ГЭТ, опирающийся на теорему о предельном переходе, доказанную академиком А.Н. Тихоновым, и позволяющий строго отделять «медленные» составляющие решения от «быстрых» и оценивать допускаемые при этом погрешности расчетов;
для существующих условий эксплуатации ГЭТ предложена математическая модель расчета оптимальных по критерию минимума электропотребления технологических режимов силового привода ПС с учетом всех ограничений и требований безопасности движения. Разработаны основные принципы построения данных режимов;
впервые предложена математическая модель расчета оптимальных среднеходовых скоростей движения ПС трамваев на перегонах, с ограничениями скорости до 5-20 км/ч, в функции длины перегонов и эквивалентного ограничения скорости;
для анализа эксплуатационных режимов силового привода ПС в условиях многочисленных ограничений скорости движения введен новый критерий - эквивалентное ограничение скорости;
впервые исследованы статистические модели основных параметров маршрутных систем городов, влияющих на энергетические характеристики работы силового привода ПС ГЭТ. Получены статистические законы распределения протяженности перегонов и участков, длин и радиуса кривых, среднеходовых скоростей движения ПС на перегонах и участках, удельного расхода электроэнергии силового привода подвижного состава для маршрутных систем электрического транспорта различных городов, установлены зависимости указанных величин;
получены эмпирические зависимости удельного расхода электроэнергии силового привода трамваев на перегонах в функции среднеходовых скоростей движения ПС, а также среднеходовых скоростей в функции параметров перегона, дающие более точные оценки расчетных параметров технологических режимов СП, чем существующие методы расчета.
Практическая ценность диссертационной работы определяется следующими результатами:
предложены методы расчета оптимальных технологических режимов силового привода ПС, которые позволяют определить расчетные параметры режимов работы силового привода с большим уровнем адекватности реальным условиям эксплуатации, чем расчеты по существующим методам, а также рассчитать оптимальные технологические режимы силового привода трамваев при эквивалентном ограничении скорости движения на перегоне 5-15 км/ч;
установлены оптимальные параметры режимов эксплуатации трамваев при движении в кривых участках пути, позволяющие увеличить среднеходовую скорость движения ПС и снизить удельный расход электроэнергии на тягу. Обоснована необходимость введения в паспорта участков данных по кривым с учетом профиля и указанием параметров оптимальных режимов для различных моделей ПС;
разработана методика анализа параметров маршрутных систем городов на основе теории вероятностей и математической статистики, позволяющая анализировать объективные причины существующего уровня расхода электроэнергии на тягу подвижного состава, предлагать рекомендации и разрабатывать меры для снижения УРЭ; анализировать энергетические показатели силового привода ПС и параметры маршрутной системы ГЭТ для обобщения опыта эксплуатации и проектирования маршрутных систем городов;
внедрена методика экспериментальных исследований режимов работы СП трамваев на основе режимных карт и бортовой системы учета, позволяющая контролировать режимы работы тяговых электродвигателей и разрабатывать нормы расхода электроэнергии;
созданы алгоритмы и программы расчета оптимальных технологических режимов силового привода подвижного состава трамваев с учетом ограничений и требований безопасности движения; использование специализированных вычислительных машин дает возможность построить тренажеры для водителей, работающие в режиме реального времени;
полученные методы внедрены на заводе ОАО «Татэлектромаш» и позволяют на этапе проектирования оценить эксплуатационные режимы тяговых электродвигателей ДК – 259Г3, ДК – 259Е, ДК – 259ЕМ и рассчитать электромеханические характеристики ТЭД, электротяговые и токовые характеристики трамвайных вагонов КТМ 71-605, КТМ 71-608 на заданных маршрутах эксплуатации;
результаты диссертационного исследования используются в учебном процессе КГЭУ при преподавании дисциплин: «Основы электрического транспорта», «Введение в специальность», «Проектирование и расчет электрического транспорта», «Проектирование электрического транспорта и основы энергосбережения»; автором выпущена монография, два учебных пособия и учебно-методические работы;
реализация на транспортных предприятиях г.г. Набережные Челны, Нижнекамск оптимальных технологических режимов силового привода трамваев, рассчитанных по предложенным методам, принесла до 3 % экономии электроэнергии, потребляемой тяговыми электродвигателями.