Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 10
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ РАСЧЕТА
РАЦИОНАЛЬНЫХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ РЕЖИМОВ ТЯГОВЫХ
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ТРАМВАЕВ 11
1.1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ИССЛЕДОВАНИЯ 11
1.2. АНАЛИЗ МЕТОДОВ РАСЧЕТА РЕЖИМОВ НАГРУЖЕНИЯ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ТРАМВАЕВ 18
1.3. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ РАСЧЕТА РЕЖИМОВ НАГРУЖЕНИЯ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ТРАМВАЕВ
1.3.1. Методы расчета кривых движения трамвая 30
1.3.2. Критерии и уровни оптимизации режимов движения трамвая 32
1.3.3. Методы расчета расхода электроэнергии на тягу 34
1.3.4. Классификация методов расчета рациональных режимов движения 38
1.4. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 40
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ РАЗРАБОТКИ АДЕКВАТНЫХ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ РЕЖИМОВ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ 41
2.1. ВВЕДЕНИЕ 41
2.2. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ КРИТЕРИЕВ ФОРМИРОВАНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ РЕЖИМОВ НАГРУЖЕНИЯ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
2.3. РАЗРАБОТКА МЕТОДА И ПРОГРАММЫ РАСЧЕТА РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ НАГРУЖЕНИЯ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ТРАМВАЕВ 67
2.3.1. Разработка методики расчета режимов движения на перегонах с ограничениями скорости 67
2.3.2. Повышение уровня адекватности модели удельного расхода электроэнергии на тягу подвижного состава 75
2.4. РАЗРАБОТКА КОМПЬЮТЕРНОЙ ПРОГРАММЫ РАСЧЕТА РЕЖИМНЫХ КАРТ 77
2.4.1. Структура режимной карты 77
2.4.2. Сбор материалов и исходных данных при составлении режимных карт 79
2.4.3. Схема составления режимных карт 82
2.5. ВЫВОДЫ 82
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ РЕЖИМОВ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ ТЕОРИИ ВЕРОЯТНОСТЕЙ И МАТЕМАТИЧЕСКОЙ СТАТИСТИКИ 86
3.1. СТАТИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ УЧАСТКОВ И МАРШРУТОВ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА 86
3.2. СТАТИСТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕРВАЛОВ ДВИЖЕНИЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА 88
3.3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОВ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕХО-ДОВОЙ СКОРОСТИ НА ПЕРЕГОНАХ 93
3.4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОВ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬНОГО РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ТЯГУ ТРАМВАЕВ 99
4. ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ С ЦЕЛЬЮ
КОРРЕКТИРОВКИ ПАРАМЕТРОВ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА РАЦИОНАЛЬНЫХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ РЕЖИМОВ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ТРАМВАЕВ 108
4.1. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ 108
4.2. ОРГАНИЗАЦИЯ И ПРОВЕДЕНРІЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 113
4.3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ. КОРРЕКТИРОВКА ХАРАКТЕРИСТИК МОДЕЛЕЙ И АЛГОРИТМА РАСЧЕТА 118
4.4. ВЫВОДЫ 126
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 127
ЛИТЕРАТУРА 129
ПРИЛОЖЕНИЯ 145
Введение к работе
Актуальность работы
Проблема рационального и эффективного использования электрической энергии, потребляемой тяговыми электрическими двигателями (ТЭД) на подвижном составе (ПС) городского электрического транспорта (ГЭТ), в настоящее время стоит особенно остро. Анализируя сложившуюся ситуацию в ГЭТ, можно выделить целый ряд факторов, подчеркивающих нарастающую во времени актуальность задачи по оптимизации эксплуатационных режимов и разработки алгоритмов эффективного управления электротехническими системами транспортного па значения. Среди них: рост тарифов на электрическую энергию, износ ТЭД и в це лом подвижного состава, неудовлетворительное состояние путевого хозяйства, контактной сети и др.
ТЭД являются одними из основных потребителей электрической энергии трамваев. В структуре потребления электрической энергии предприятиями ГЭТ значительный расход электрической энергии приходится именно на ТЭД подвижного состава. Так, в 2002 году в МУП «Казгорэлектротранс» доля потребления электрической энергии ТЭД ПС от общего потребления электрической энергии со-ставила 90%.
Потребление электроэнергии тяговыми электродвигателями ПС ГЭТ Республики Татарстан в 2002 году составило 87,2 млн. кВт-ч, или 0,46 % от общего потребления электрической энергии в Республике. В целом, даже незначительное снижение удельного расхода электрической энергии (УРЭ) тяговых электродвигателей может дать в масштабах страны значительный эффект, исчисляемый мил-лионами кВт-ч. Поэтому приоритетным направлением в работе по энергосбережению на предприятиях ГЭТ следует признать снижение УРЭ тяговых электродвигателей подвижного состава.
Одним из основных технологических направлений снижения удельного расхода электрической энергии ТЭД подвижного состава ГЭТ является разработка и внедрение через режимные карты (РК) рациональных эксплуатационных режимов ТЭД по критерию минимального расхода электроэнергии.
Вопросам разработки и реализации рациональных эксплуатационных режимов ТЭД трамваев до настоящего времени уделялось недостаточно внимания. Существующие методики расчета режимных карт ТЭД трамваев устарели и имеют ряд недостатков, которые приводят к ошибочным результатам при оценке расчетных параметров режимов работы ТЭД, что вызывает повышение электропотребления на тягу трамваев.
Поэтому в настоящее время следует признать актуальной задачу разработки и реализации адекватной методики расчета параметров рациональных эксплуатационных режимов тяговых электродвигателей трамваев по критерию минимального расхода электроэнергии.
Цель работы состоит в разработке и внедрении адекватной реальным условиям эксплуатации методики расчета параметров рациональных эксплуатационных режимов тяговых электродвигателей трамваев по критерию минимального расхода электроэнергии.
Достижение цели обеспечивается постановкой и решением следующих основных задач:
1. Аналитическое исследование и анализ методов расчета эксплуатационных режимов тяговых электродвигателей трамваев.
2. Выбор параметров и обоснование принципов построения рациональных эксплуатационных режимов ТЭД трамваев по критерию минимального расхода электроэнергии.
3. Разработка методики расчета параметров рациональных эксплуатационных режимов ТЭД, адекватной реальным условиям работы, с оценкой расхода электроэнергии на тягу трамваев.
4. Разработка алгоритма и программ автоматизированного составления энергосберегающих РК ТЭД, учитывающих функциональные особенности ПС и эксплуатационные условия различных городов. Методы исследования
выбирались исходя из постановок решаемых задач с учетом особенностей исследуемых объектов, и включают: анализ опыта эксплуатации ПС, математическое моделирование, методы теории электрической тяги ПС, методы теории вероятностей и математической статистики, планирование эксперимента, экспериментальные исследования, использование стандартных и специально разработанных алгоритмов и программ.
Научная новизна диссертационной работы определяется следующими положениями:
впервые предложена математическая модель расчета рациональных средне-ходовых скоростей движения ПС трамваев на перегонах, с ограничениями скорости 5-20 км/ч, в функции длины перегонов и эквивалентного ограничения скорости;
для анализа эксплуатационных режимов тяговых электродвигателей трамваев в условиях многочисленных офаничении скорости движения введен новый критерий - эквивалентное офаничение скорости;
впервые исследованы статистические модели основных параметров маршрутной системы города, влияющих на энергетические характеристики работы ТЭД ПС. Получены статистические законы распределения протяженности перегонов, среднеходовых скоростей движения ПС на перегонах и удельного расхода электроэнергии тяговых электродвигателей трамваев для маршрутных систем трамвайного транспорта различных городов;
получена эмпирическая зависимость удельного расхода электроэнергии тяговых электродвигателей трамваев на перегонах в функции сред неходовых скоростей движения ПС, дающая более точные оценки расчетных параметров эксплуатационных режимов ТЭД, чем существующие методики.
Практическая ценность диссертационной работы определяется следующими результатами:
предложены в эксплуатации трамваев методы расчета рациональных эксплуатационных режимов ТЭД ПС, которые позволяют определять расчетные па 8
раметры режимов работы тяговых электродвигателей с большим уровнем адекватности реальным условиям эксплуатации ТЭД подвижного состава, чем расчеты параметров режимов работы ТЭД по существующим методикам; позволяют рассчитывать рациональные эксплуатационные режимы тяговых электродвигателей трамваев при эквивалентном ограничении скорости движения на перегоне 5-15 км/ч;
разработана методика анализа параметров маршрутных систем городов на основе теории вероятностей и математической статистики, позволяющая анализировать объективные причины высокого уровня УРЭ тяговых электродвигателей трамваев, давать рекомендации и предлагать конкретные меры для снижения УРЭ; сравнивать энергетические показатели работы ТЭД трамваев и параметров маршрутной системы города с аналогичными параметрами других городов;
внедрена методика экспериментальных исследований режимов работы ТЭД трамваев на основе режимных карт и бортовой системы учета, позволяющая контролировать режимы работы тяговых электродвигателей и разрабатывать нормы расхода электроэнергии;
реализация на транспортном предприятии г. Набережных Челнов рациональных эксплуатационных режимов ТЭД трамваев, рассчитанных по предложенным методикам, принесла до 3% экономии электроэнергии, потребляемой тяговыми электродвигателями.
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертационной работы были доложены и, после их обсуждения, одобрены:
- на Всероссийском семинаре «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении» (Казань, 2000 г.);
- на III Международной (XIV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу (Нижний Новгород, 2001 г.);
- на третьей Российской научно-технической конференции «Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности» (Ульяновск, 2001
г.); - на V Всероссийской конференции «Региональные проблемы энергосбережения и пути их решения» (Нижний Новгород, 2001 г.);
- на Поволжской научно-практической конференции «Электротехника и энергетика Поволжья на рубеже тысячелетий» (Чебоксары, 2001 г.);
- на ежегодных аспирантско-магистерских семинарах КГЭУ (1999 - 2002 г.г.)
