автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Применение электровозов с четырехквадрантным преобразователем на железных дорогах Узбекистана

На правах рукописи

РАДЖИБАЕВ Давран Октамбаевич

Применение электровозов с четырехквадрантным преобразователем на железных дорогах Узбекистана

05.22.07- Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 8 ДЕК 2011

Санкт-Петербург 2011

005004752

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения» (ФГБОУ ВПО ПГУПС) на кафедре «Электрическая тяга»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

ПЛАКС Алексей Владимирович

Официальные оппоненты: доктор технических наук , профессор

НИКИФОРОВ Борис Данилович

кандидат технических наук, доцент ШИРЯЕВ Алексей Валерьевич

Ведущая организация - Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения»

Защита состоится «28» декабря 2011 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 218.008.05 при Петербургском государственном университете путей сообщения по адресу: 190031, Санкт - Петербург, Московский пр., д .9, ауд., 5-407.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Петербургского государственного университета путей сообщения. Автореферат разослан «28» ноября 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

В. А. Кручек

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Сегодняшний Узбекистан - это государство, идущее по пути рыночных преобразований, имеющее развитое сельское хозяйство и мощный промышленный потенциал. Республика Узбекистан делится на два типа местности: западная равнинная и восточная горная. Крупные города и промышленные предприятия располагаются в основном в восточной части. Поэтому железные дороги в этом регионе имеют большую загруженность и электрификация железных дорог и повышение скорости движения целесообразно в первую очередь в восточной части.

На пассажирский поток оказывают влияние потока туристов, для привлечения которых целесообразно повышать скорость на направлениях от Ташкента до Самарканда, а в дальнейшем и до Бухары.

В Узбекистане широко развита горнодобывающая промышленность и металлургия, что требует обеспечения большого объема грузовых перевозок в восточной части, где построены гидроэлектростанции. Это сделало возможным и целесообразным электрификацию железных дорог в этой части Республики.

Для обеспечения перевозок на электрифицированных железных дорогах Узбекистана необходима замена существующего парка электровозов ВЛ60 и ВЛ80на новые электровозы и электропоезда, позволяющие реализовать более высокие скорости и рекуперативное торможение в горной местности.

Электровозы нового поколения, изготовленные по патенту фирмы Siemens AG, эксплуатируются не давно, и новым в данной работе является оценка их тяговых свойств на конкретном участке с возможностью регулирования коэффициента мощности.

Цель работы - проанализировать эффективность применения электровозов с четырехквадрантным преобразователем на железных дорогах Узбекистана.

Основные задачи исследования:

-разработать модель цепи четырехквадрантного преобразователя.

-выполнить анализ тягово-энергетических характеристик на новом участке с крутыми подъемами и спусками для электровозов "Узбекистан -ЩУ-1", "Узбекистан - ШТ-2" с высоким коэффициентом мощности, а также с электровозом ВЛбОк с грузовым и пассажирским составом.

-дать предложения по выбору электровоза в этих условиях.

На защиту выносятся:

- модель цепи питания асинхронного тягового двигателя электровоза "Узбекистан - ШТ-2".

-результаты анализа тягово-энергетических свойств электровозов серий "Узбекистан - 1ЛТ-Г и "Узбекистан - иТУ-2", выполненных для участка Тукимачи-Ангрен.

Методы исследования:

Выполненная работа базируется на основных законах и положениях теоретических основ электротехники, электрических машин, теории электрической тяги. При выполнении работы использованы методы математического моделирования с применением ЭВМ. Достоверность полученных результатов подтверждается сравнением результатов расчета расхода энергии с данными опытной эксплуатации на участке Тукимачи -Ангрен.

Научная новизна работы:

1. Оценка влияния особенностей четырехквадрантного преобразователя на тягово-энергетические показатели электровозов серии "Узбекистон-иТУ-1", "Узбекистон-иТУ- 2".

Практическая ценность:

1.Даны оценки энергетических показателей при использовании на участке Тукимачи - Ангрен электровозов с преобразователем.

2. Разработаны рекомендации по применению грузопассажирского электровоза "Узбекистан - UTY-1" для осуществления как пассажирских, так и грузовых перевозок на рассмотренном участке .

Апробация работы: В течении всего периода этапы и результаты работы диссертационной работы докладывались : на неделе науки, заседаниях кафедры «Электрическая тяга», конференция «Современные технологии транспорта». ПГУПС, 2009 год.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 печатных работы, из них две в издании, рекомендованном ВАК по специальности 05.22.07-подвижной состав железных дорог, тяга поездов, электрификация.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, списка литературы из 29 наименований, заключения и приложений. Работа содержит 101 страницы основного текста, 39 рисунков, 15 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, дана общая характеристика научной задачи, сформулированы цель, основные задачи и методы исследования, проведены положения, выносимые на защиту, отмечены научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе приведен анализ узбекских электрических железных дорог. Государственно-акционерная железнодорожная компания (ГАЖК) «Узбекистан темир йуллари» завершила проект по электрификации железнодорожного участка Тукимачи - Ангрен (рис. 1), что позволило полностью электрифицировать весь региональный железнодорожный узел Ташкент протяженностью 114 км. Цель проекта - замена существующей дизельной тяги на электротягу переменного тока. Вместо работающих на

дизельном топливе локомотивов на линию выйдут современные электровозы, о которых будет говорится далее.

Рис. 1 Схема электрифицированных железных дорог Узбекистана

Электровозы выбирались на основе тендера. В тендере участвовали Электровозы Американского производителя, Электровоз компании Siemens AG. Электровозы Новочеркасского завода не рассматривались, так как по условиям Банка ЕБРР, который финансировал данный проект, в тендере могут участвовать лишь европейские производители, либо производители работающие по патенту европейских фирм, а также американские производители.

Электровозы серий "Узбекистон - UTY" заменят электровоз ВЛбОк.

Выбор электровоза обоснован следующими факторами:

- возможность рекуперации;

- долгосрочные условия гарантийного обслуживания;

- доступность технического обслуживания;

- ниже цена по сравнению с другими производителями.

Грузопассажирский электровоз "Узбекистан - иТУ-1" (рис.2). Основные особенности данного электровоза это использование асинхронных тяговых двигателей и преобразователей с 4q-S инверторами. Максимальная скорость электровоза 120 км/ч.

Рис. 2 Грузопассажирский электровоз "Узбекистан - иТУ-1" Пассажирский электровоз "Узбекистан - иТУ-2" (рис. 3) также как и грузопассажирский электровоз, оборудован асинхронными тяговыми двигателями. Максимальная скорость электровоза 160 км/ч.

Рис.3 Пассажирский электровоз "Узбекистон-иТУ-2" Скоростной электропоезд Talgo 250. Электропоезд способен обеспечивать перевозки пассажиров со скоростью до 250 км/ч. Также как и

электровозы оборудован асинхронными тяговыми двигателями, класс подвешивания двигателей третий. В разработке и изготовлении электрооборудования тягового привода типа Mitrac с асинхронными тяговыми двигателями принимала участие компания Bombardier.

Рассмотрена структура депо, в котором обслуживаются новые электровозы.

По итогам первой главы установлено следующее:

1. Крупные города и промышленные предприятия располагаются в основном в восточной части, которая является горной.. Поэтому железные дороги в этом регионе имеют большую загруженность и электрификация железных дорог и повышение скорости движения целесообразно в первую очередь в восточной части.

2. На пассажирский поток оказывает влияние потока туристов, для привлечения которых целесообразно повышать скорость на направлениях от Ташкента до Самарканда, а в дальнейшем и до Бухары.

3. В Узбекистане широко развита горнодобывающая промышленность и металлургия, что требует обеспечения большого объема грузовых перевозок в восточной части, где построены гидроэлектростанции. Это сделало возможным и целесообразным электрификацию железных дорог в этой части Республики.

4. Для обеспечения перевозок на электрифицированных железных дорогах Узбекистана необходима замена существующего парка электровозов BJI60 и BJ180 на новые электровозы и электропоезда, позволяющие реализовать более высокие скорости и рекуперативное торможение в горной местности.

Во второй главе рассмотрены принципы работы четырехквадрантных преобразователей, а также разработана модель питания тягового двигателя пассажирского электровоза (рис.4) в программной среде MatLAB.

Рис.4 Принципиальная схема электровоза серии «Узбекистон-ШТ-2»

Оба электровоза и электропоезд оборудованы современными асинхронными тяговыми приводами. Регулирование в звене постоянного тока осуществляется преобразователями типа Ад-Б (четырехквадрантными).

Преобразователь обеспечивает синусоидальную форму тока,

потребляемого из сети, с регулированием фазового сдвига относительно сетевого напряжения, и стабилизирует напряжение в звене постоянного тока. Преобразователь характеризуется высокими энергетическими показателями и малым уровнем помех, генерируемых в сеть.

При синусоидальной широтно-имнульсной модуляции формирование импульсов происходит на основании сравнения синусоидального модулирующего напряжения и пилообразного. В системе управления при этом параллельно функционируют два контура регулирования.

Стабилизация напряжения в звене постоянного тока осуществляется изменением амплитуды модулирующего сигнала, а коррекция коэффициента мощности осуществляется регулировкой фазового сдвига между модулирующей и пилообразной функцией относительного сетевого напряжения.

На электровозах, функцию управления преобразователем выполняет система Sibas 32. Помимо управления преобразователем система несет еще ряд важных функций.

При несинусоидальной форме напряжения и тока коэффициент мощности Км электровоза определяется по формуле

Км — и' cos (р j

где <р- угол сдвига между входным током и питающим напряжением; и- коэффициент искажения тока.

Последний коэффициент характеризует степень искажения входного тока электровоза и определяется отношением первой гармоники входного

тока ia 1 к его действующему значению 1вх

Угол сдвига, <ра между первыми гармониками тока ¡а\ (рис. 5) и

напряжения еа1 регулируется изменением угла сдвига V между модулирующим напряжением и напряжением на вторичной обмотке трансформатора . Регулируя угол сдвига можно добиться, чтобы

угол <ра в режиме тяги был равен нулю, а в режиме рекуперации -180 градусов.

Рис. 5 Осциллограмма напряжений и токов

При программировании в среде MatLAB использовалась среда для визуального моделирования структурных схем Simulink, а также библиотека блоков SimPowerSystems.

Источником питания выбран источник синусоидального напряжения (AC Voltage) (рис.6), напряжением 25 ООО в. Данные трансформатора и тягового двигателя были взяты из паспортных данных электровоза. В нашем случае напряжение вторичной обмотки трансформаторы равно 1500 В.

Для построения мостов двухфазного и трехфазного использовались универсальные блоки. Первый универсальный блок - 4q-S. В параметрах указывается 2 плеча и тип полупроводниковых приборов - ГСВТ транзистор. Система управления первым мостом снимает параметры входного тока и напряжения, сравнивая значения входного тока ia\ и питающего напряжения формирует импульсы приближая коэффициент мощности к идеальному. В нашем случае он достигает 0,9.

Система управления второго универсального блока формирует импульсы, обеспечивая широтно-импульсную модуляцию. В параметрах выпрямителя установлен тип полупроводниковых элементов IGBT и три

плеча. В качестве нагрузки асинхронный тяговый двигатель мощностью

1000 кВт.

Рис.6 Модель питания тягового двигателя пассажирского электровоза в MatLAB Осциллограммы тягового двигателя, выдаваемые на Scope 2 приведены на рисунке 7,

ЩЮРА

Щттштттттт»

Рис. 7 Осциллограммы тягового двигателя По результатам второй главы можно сформулировать следующее: 1.Для повышения эффективности электроподвижного состава целесообразно использовать новые решения по системам управления электроподвижного состава, разработанные фирмой Siemens,

10

использующие асинхронные тяговые двигатели, преобразователи на тиристорах СТО и транзисторах IGBT, в частности 4q-S преобразователи. В связи с этим на основе тендера было принято решение заказать электровозы на китайском электровозостроительном заводе(город Чуджоу) по проекту фирмы Siemens.

2. Преобразователь Aq-S позволяет использовать рекуперативное торможение. В данной работе наряду с регулированием частоты и напряжения на асинхронном тяговом двигателе, исследовано регулирование коэффициента мощности нового электровоза. Показатели работы 4q-S преобразователя проанализированы на модели в MatLab. Исследуя преобразователь 4q-S, были учтены разработки, выполненные в МИИТе к.т.н Литовченко В. В.

В третьей главе приводится анализ тяговых свойств для электровозов "Узбекистан - UTY-1", "Узбекистан - UTY-2" на участке Тукимачи -Ангрен. Расчет выполнен в программе КОРТЕС. Для сравнения электровозов с асинхронными двигателями и двигателями на постоянном токе по расчетному профилю в программе КОРТЕС также проведены и расчеты и для электровоза ВЛ60К. Для ввода параметров расчета в программу необходимо произвести предварительные расчеты массы состава по различным условиям. Значения коэффициента мощности для электровозов с асинхронными двигателями в номинальном режиме приняты равным 0,9.

В ГТТР отсутствуют расчетные формулы для коэффициента сцепления электровозов с асинхронными тяговыми двигателями. По этому для учета коэффициента сцепления при расчете массы состава для данного профиля была использована формула для вентильных тяговых двигателей. Так как рекомендуется увеличивать коэффициент сцепления для электроподвижного состава с плавным регулированием напряжения

тяговых двигателей на 15% по сравнению со ступенчатым регулированием напряжения, формулы коэффициента были приняты следующими:

7

у/„ = 1,15(0,228 + у/, =1,15(0,09 +

53 + 3 • К 95

при V < 40 км/ч; ) при V > 40 км/ч.

413 + 3■К

Результаты расчетов для грузового состава приведены в таблице 1 и на рисунке 8.

1эл, А

I 1 11 п п № н 1 »11 Г

ТГШ1штттггтт^П1ТП1Т7ГТТ ш ТТЛ

а

о о.

с

I

I

о п

о

Рис. В График полученный в программе КОРТЭС для локомотива "Узбекистан иТУ-1" (грузовой состав) .нечетное движение

-ПУТ ГГ—

а 3 * ш в

* I ? !

>3 ? г э з

, * в. ь

I

п о

&

X

4

Рис. 9 График, полученный в программе КОРТЭС для локомотива "Узбекистан иТУ-1" (пассажирский состав), движение четное

По итогам предварительных расчетов массы составов приняты -направление Тукимачи - Ангрен: 2268т. -направление Ангрен - Тукимачи 2188т. Также для выполнения расчета с пассажирским составом был принят состав массой 1100т.

Результаты расчетов для пассажирского состава приведены в таблице 2 и на рисунке 9.

Табл. 1

Время хода, мин Расход энергии кВт ч Расход энергии кВАч Рекуперация кВтч

Узбекистан 1 неч. 92,1 54863 6289,1 26,1(0,5%)

Узбекистан 2 неч 92,1 5147,6 5857,1 29,1(0,6%)

Узбекистан 1 чет 91 944,3 3276,2 1846,6(185%)

Узбекистон 2 чет 90,7 937,3 3347,5 1969(210%)

ВЛбОк неч 99 6125,7 6954,5 нет

ВЛбОк чет 95 1602 3919,6 нет

Табл. 2

Время хода, мин Расход энергии кВт ч Расход энергии кВАч Рекуперация кВт ч

Узбекистон 1 неч. 98,7 4723 5397 нет

Узбекистон 2 неч 100,4 4382 4991 нет

Узбекистон 1 чет 114,5 1226 2182 687(56%)

Узбекистон 2 чет 115,9 1145 2081 681(59,5%)

ВЛбОк 102,3 4875 5415 нет

ВЛбОк 117,2 1604 1790 нет

Удельный расход электроэнергии определяется выражением:

1000-А а =-,

вр '¿пер

Результаты по удельному расходу электроэнергии электровозов с грузовыми составами приведены в таблице 3.

Табл. 3

Нечетное направление Втч ткм Четное направление Вт-ч т-км

Узбекистон-UT Y-1 21,21 3,78

Узбеки ctoh-UTY-2 19,9 3,75

ВЛбОк 23,69 6,42

Из расчетов видно, что при применении электровоза серий "Узбекистан - UTY-2" сокращается лишь расход энергии. Учитывая наличие двух гидроэлектростанций в этом регионе и не высокую стоимость энергии можно сделать вывод, что на участке Тукимачи - Ангрен целесообразнее использовать электровоз серии "Узбекистан - UTY-1".

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Для повышения эффективности электроподвижного состава целесообразно использовать новые решения по системам управления электроподвижного состава, разработанные фирмой Siemens, использующие асинхронные тяговые двигатели, преобразователи на тиристорах GTO и транзисторах IGBT, в частности 4q-S преобразователи. В связи с этим на основе тендера было принято решение заказать электровозы на китайском электровозостроительном заводе(город Чуджоу) по проекту фирмы Siemens.

2. Преобразователь 4q-S позволяет использовать рекуперативное торможение. В данной работе наряду с регулированием частоты и

напряжения на асинхронном тяговом двигателе, показана возможность регулирования коэффициента мощности нового электровоза.

3. Результаты тягового расчета показали, что за счет рекуперативного торможения на крутых спусках горных участков закупленные электровозы могут обеспечить снижение расхода электроэнергии грузовыми поездами на 50-60 %. Этому способствует- то, что грузовые поезда с массой 2268 т. на этом участке идут на спуск, а на подъем идут составы с массой 2188 т. По данным железной дороги Узбекистана, в 2010 г. на данном участке перевозились составы массой 1800-2000 т. в обоих направлениях. Расчетные данные расхода электроэнергии отличается от данных дороги о расходе на этом участке на 9-15%.

4. Применение пассажирского электровоза "Узбекистон - UTY-2" не дает заметного снижения времени хода и расхода энергии. Поэтому для данного конкретного участка целесообразно применять грузопассажирский электровоз "Узбекистон - UTY-1" для всех видов перевозок, что позволит упростить организацию эксплуатации электровозов.

Публикации по теме работы.

Статьи в периодических изданиях, рекомендованных ВАК России

1. Плакс A.B., Раджибаев Д.О., Турсунов Х.М., Электровоз серии «O'zbekiston », Вестник «ВЭЛНИИ», №1(61), Новочеркасск 201 U-c. Ц4-127.

2. Плакс A.B., Раджибаев Д.О., Турсунов Х.М., Новый пассажирский электровоз серии «O'Z-Y», Журнал «Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока», №1 2011 год, - с. 237~240.

Публикации в других изданиях:

3. Плакс A.B., Раджибаев Д.О. «Электровоз «Узбекистон», Журнал «Известия Петербургского Университета Путей Сообщения», 2009 год, выпуск 3, ПГУПС, -с. №7- {56.

Подписано к печати 22.11.2011г. Печ.л. 1,0

Печать - ризография. Бумага для множит.апп. Формат 60x84 1/16 Тираж 100 экз. Заказ 1061.

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

61 12-5/1339

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСЛ ЬЬННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ

Применение электровозов с четырехквадрантным преобразователем на железных дорогах Узбекистана.

05.22.07- Подвижной состав железных дорог, тяга поездов,

электрификация.

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

СООБЩЕНИЯ

Раджибаев Давран Октамбаеви-1

Научный руководитель-

доктор технических наук,

профессор А. В. Плакс

Санкт-Петербург 2011

Содержание

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫЕ ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ

УЗБЕКИСТАНА. 9

1.1 Общая характеристика железных дорог Узбекистана. 9

1.2 Электроподвижной состав республики Узбекистан. 15

1.2.1 Грузопассажирский электровоз «Узбекистон - UTY-1». 15

1.2.2 Пассажирский электровоз «Узбекистон-1ЛГУ-2». 19

1.2.3 Электропоезд Talgo 250. 25

1.2.4 Локомотивное депо "Узбекистон". 29 Выводы к главе 1. 33

Глава 2. ЧЕТЫРЕХКВАДРАНТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ. 34

2.1 История появления и развития преобразователя. 34

2.2 Тяговый преобразователь с 4q-S. 38

2.3 Регулирование коэффициента мощности. 45

2.4 Моделирование цепи питания тягового двигателя. 47

2.4.1 программная среда MatLab. 47

2.4.2 Моделирование преобразователя. 51 Выводы к главе 2. 56

ГлаваЗ. ТЯГОВЫЕ РАСЧЕТЫ ЭЛЕКТРОВОЗОВ. 58

3.1. Спрямление профиля Тукимачи-Ангрен. 5 8

3.2. Определение расчетной массы состава. 59

3.3. Проверка массы состава по условиям трогания с места. 63

3.4. Проверка массы состава по длине приемоотправочных путей. 64

3.5. Определение допустимых скоростей движения по элементам профиля. 65

3.6. Тяговые расчеты для перегона Ту кумачи-Ангрен. 66

3.7. Определение удельного расхода электроэнергии. 71 Выводы к главе 3. 74 Выводы по диссертации. 75 Приложение. 77 Список литературы. 99

ВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день Узбекистан является связующим звеном между Востоком и Западом, поэтому строительство новых транспортных коммуникаций (в частности, железнодорожных) в республике весьма актуально.

Республика Узбекистан, одно из пяти государств Центральной Азии, расположена большей своей частью в Туранской низменности. На северо-востоке и юге республики раскинулись отроги Тян-Шаня и Гиссаро-Алая. Население республики - около 25 миллионов человек, площадь 447,4 тысячи кв.км. Столица - Ташкент.

Сегодняшний Узбекистан - это государство, идущее по пути рыночных преобразований, имеющее развитое сельское хозяйство и мощный промышленный потенциал. Наряду с основной сельскохозяйственной культурой - хлопком, производство которого превышает ежегодно 4 миллиона тонн, - республика получает богатые урожаи зерновых, бахчевых культур, овощей, фруктов, лечебных трав. Приоритетные направления развития промышленности - это металлургическая, химическая, машиностроительная, нефтегазовая, авиационная, электротехническая, радиоэлектронная, хлопкоочистительная и автомобилестроительная [26].

За прошедший период проложены новые железнодорожные линии, протяженность которых тысячи километров, налажено движение скорых поездов «И^бШи», «8Ьагц» и по маршрутам Ташкент-Самарканд,

Ташкент-Бухара, Ташке нт-Карши. Ташкентский центральный железнодорожный вокзал и вокзалы других городов реконструированы и отремонтированы, построены новые вокзалы. В поездах международного и местных направлений предоставляется качественный сервис.

Одной и приоритетных задач стало обновление парка локомотивов и организации высокоскоростного движения. Одним из первых шагов стало заключение контракта с CSR Zhuzhou Electric Locomotive СО., LTD (ZELC) (Чуджоуский электровозостроительный завод) на поставку 12 электровозов серии «Узбекистан - UTY-1» в 2003 году. Затем после успешного эксплуатирования электровозов первой серии, был заключен новый контракт на поставку электровозов серии «Узбекистон-ШТ-2».

Реализация нового проекта по высокоскоростному движению началась в соответствии с договоренностью, достигнутой в ходе визита Президента Ислама Каримова в Испанию в 2009 году. В рамках исполнения этих договоренностей между ГАЖК «Узбекистан темир йуллари» и испанской компанией «Patentes Talgo S.L.» был подписан Меморандум о взаимном сотрудничестве и достигнуто соглашение о закупке в Испании высокоскоростных пассажирских электропоездов Talgo 250[26].

Для обеспечения высокоскоростного движения была сделана реконструкция нового скоростного участка Ташкент - Самарканд.

Объединяет все типы нового подвижного состава использование асинхронных тяговых двигателей. Преимуществ у такого тягового двигателя много, но регулирование имеет ряд особенностей, один из которых - сложная система управления и преобразователи на современных полупроводниковых элементах. Поэтому изучение и разработка способов регулирования тяговых двигателей становится актуальной задачей.

Цель работы: проанализировать эффективность применения электровозов с четырехквадрантным преобразователем на железных дорогах Узбекистана.

Для достижения поставленной задачи необходимо решить следующие задачи:

-разработать модель цепи четырехквадрантного преобразователя.

-выполнить анализ тягово-энергетических характеристик на новом участке с крутыми подъемами и спусками для электровозов "Узбекистан -ШТ-1", "Узбекистан - ШТ-2" с высоким коэффициентом мощности, а также с электровозом ВЛбОк с грузовым и пассажирским составом.

-дать предложения по выбору электровоза в этих условиях.

ОБЪЕКТ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом диссертационного исследования являются электровозы серий «Узбекистан - ШТ-1», «Узбекистон-ШТ-2» с асинхронными тяговыми двигателями.

ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ

Предметом исследования является система управления

четырехквадрантным преобразователем с регулируемым коэффициентом мощности.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Моделирование с программной среде МаЙЬаЬ, и тяговые расчеты на программном продукте КОРТЭС.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

. Оценка влияния особенностей четырехквадрантного преобразователя на тягово-энергетические показатели электровозов серии "Узбекистон-ШТ-1 "Узбекистон-ШТ- 2.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ

1 .Даны оценки энергетических показателей при использовании на участке Тукимачи - Ангрен электровозов с 4преобразователем.

2. Разработаны рекомендации по применению грузопассажирского электровоза "Узбекистан - ШТ-Г для осуществления как пассажирских так и грузовых перевозок на рассмотренном участке.

ДОСТОВЕРНОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

подтверждается сравнением результатов расчета расхода энергии с данными опытной эксплуатации на участке Тукимачи -Ангрен.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

В течении всего периода этапы и результаты работы диссертационной работы докладывались: на неделе науки, заседаниях кафедры «Электрическая тяга», конференция «Современные технологии транспорта». ПГУПС, 2009 год.

ПУБЛИКАЦИИ

По теме диссертации опубликовано 3 печатных работы, из них две в издании, рекомендованном ВАК по специальности 05.22.07- подвижной состав железных дорог, тяга поездов, электрификация.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ

Диссертация состоит из введения, трех глав, списка литературы из 29 наименований, заключения и приложений. Работа содержит 101 страницы основного текста, 39 рисунков, 15 таблиц.

Глава 1. Электрические железные дороги Узбекистана.

1.1 Общая характеристика железных дорог Узбекистана.

Железная дорога играет одну из основных ролей в перевозках в Узбекистане. В настоящее время общая протяженность железных дорог в Узбекистане 3986 километров. Крупнейший транспортный узел Узбекистана -станция Ташкент -имеет международное значение. Отсюда поезда уходят в четырех направлениях. Железная дорога Ташкент -Ангрен была проложена в 40-е гг. минувшего столетия в целях разработки залежей каменного угля, а железная дорога Джизак - Самарканд протяженностью 110 км проложена в 1957 г. В 1952—1955 гг. была построена железная дорога Чарджоу - Кунград. Она связала Каракалпакстан, Хорезмскую и Ташаузскую области с соседними республиками центральноазиатского региона и через Казахстан - с Российской Федерацией.

Электрификация участков Ташкент - Янгиюль - Чиназ - Сырдарья -Гулистан стала первым шагом в этом направлении (рис. 1). В последующем были электрифицированы участки кольцевой железной дороги Ташкент -Келес - Назарбек - Ташкент, а также линии Ташкент - Ходжикент, Ташкент -Ангрен. В 1993 г. была проведена электрификация линий Хавас - Бекабад и Хавас - Джизак и сданы в транспортную эксплуатацию. В результате протяженность электрифицированных участков составила 353,6 км (т. е. 8,5% железных дорог общего пользования). Электрифицируются также часть железнодорожного участка Джизак - Самарканд. Ведутся работы по реконструкции и электрификации участков Навои - Учкудук, Султан Увайс -Нукус. Строится новая электрифицированная железная дорога Ургенч -Беруни. Строительство железнодорожного участка Гузар - Байсун -Кумкурган.

* i

— Ходжикенг ''.As ^.Учирчик Каш ^ ^

нтфв« у Ташкент

До» «1 У-^уутмчи

? 29 7

Axmvm ss д, ;

Ангрен

о Аляэар ./ Чят ,, , Л Сщгфьтюая

\

\ Лат

{Гулиспан

и \

birwia» о -^Гишцяя

Джизак :

Яф* "t-

Самарканд

1 /

Рис. 1.1. Схема электрифицированных железных дорог Узбекистана Узбекистон темир йуллари" - активный участник международных пассажирских и грузовых перевозок. Железная дорога Кунград - Бейнау -Актау, ведущая к казахскому порту Актау и через Россию в страны ЕС, является самым прямым путем из Центральной Азии в Европу. Эта магистраль стала использоваться еще интенсивнее после открытия в ноябре 2004 года железнодорожной паромной переправы Кавказ - Крым, соединившей самым кратчайшим маршрутом юг России и Центральную Азию с Украиной и Центральной Европой.

С 1992 года регулярно эксплуатируется линия в Китай через Алматы и Урумчи; в 1996 году заработала линия кратчайшего пути к Персидскому заливу через Туркменистан и Иран, к Босфору и средиземноморским портам -через Турцию. Начинается прокладка новой железнодорожной ветки в Китай через Ферганскую долину и Кыргызстан (Андижан - Джалал-Абад - Киши -Кашгар) протяженностью 577 километров. Сегодня Узбекистан использует шесть разных направлений железнодорожных перевозок.

А Центральноазиатский коридор через Казахстан, Кыргызстан,

Узбекистан, Туркменистан, Иран, Турцию - этот "золотой" отрезок Великого

шелкового пути - ведет уже в Юго-Восточную Европу. На территории Ирана

магистраль расчленяется на две ветви. Широтная идет в направлении Европы,

10

а меридиональная - к портам Персидского залива. Функционировать Центральноазиатский коридор начал в 1996 году - после завершения строительства 300-километровой перемычки, соединившей железные дороги Центральной Азии с сетью стальных путей Ирана.

Новый коридор перспективен и для развития пассажирских перевозок. Подписан меморандум о взаимопонимании между администрациями железных дорог Ирана, Казахстана, Кыргызстана, Таджикистана, Турции, Туркменистана и Узбекистана. Документом предусматривается создание нового международного пассажирского маршрута Алматы - Ташкент -Туркменабад - Серахс - Мешхед - Тегеран. Протяженность маршрута - 3290 километров, время следования в пути - 68 часов.

Особо важную роль Центральноазиатский коридор получает в связи с развитием на Великом шелковом пути туризма.

Правительство Узбекистана ведет активную работу по строительству новых магистралей на территории страны. Железная дорога Навои - Учкудук продолжена в Нукус через Султон Увайстаг и пески пустыни Кызыл кум. Прямая линия из Карши на Термез через Гузар, Байсун и Кумкурган находится в процессе строительства (прокладываемый отрезок имеет протяженность 220 километров) и была введена в эксплуатацию в 2007 году. Выходом в Ферганскую долину по территории Узбекистана станет железнодорожная ветка Ангрен - Пап протяженностью 130 километров, с длинным и сложным туннельным переходом под перевалом Камчик.

Сложные условия были преодолены и при строительстве железной дороги Учкудук - Султон Увайстаг протяженностью 230 километров. Она вывела в 2001 году стальную магистраль через барханные пески пустыни Кызылкум к берегам Амударьи, где тогда развернулось сооружение уникального моста через реку. Построенный в 2004 году, этот мост протяженностью в 681 метр является крупнейшим в Центральной Азии. С его вводом для поездов на маршруте Ташкент - Ургенч преодолеваемое расстояние сократилось на 300 километров, а время в пути на 5,5 часа. Строительство дороги Учкудук -

Султон Увайстаг стало важным этапом создания единой транспортной сети Республики Узбекистан.

Ведется строительство железной дороги Гузар - Байсун - Кумкурган, которая даст выход в Термез только по узбекской земле. Строятся вторые железнодорожные пути до границы с Туркменистаном, электрифицируются участки Самарканд - Бухара и Самарканд - Термез.

А участок железной дороги на маршруте Ташкент - Самарканд полностью реконструирован и электрифицирован, и уже успел завоевать признание жителей Узбекистана и иностранных туристов курсирующий по этому маршруту скоростной комфортабельный электропоезд "Регистан". В 2005 году пассажиры получили еще один подарок: скоростной фирменный поезд "Шарк" связал столицу страны с древней Бухарой. На этом маршруте используются вагоны экономического и бизнес-классов. На одном из маршрутов Великого шелкового пути (Алматы - Бишкек - Балыкчи (озеро Иссык-Куль) - Бишкек -Чимкент - Ташкент - Самарканд - Бухара - Ургенч - Хива и обратно) действует туристический поезд. Обслуживание гостей здесь на самом высоком уровне, и туристы оставляют лестные отзывы о путешествии. Большие надежды возлагаются на пробный пассажирский маршрут Алматы - Ташкент -Туркменабад - Серахс - Мешхед - Тегеран, после чего и он сможет быть задействован как туристический.

Государственно-акционерная железнодорожная компания (ГАЖК) «Узбекистан темир йуллари» завершила проект по электрификации железнодорожного участка Тукимачи-Ангрен, что позволило полностью электрифицировать весь региональный железнодорожный узел Ташкент протяженностью 114 км. Цель проекта - замена существующей дизельной тяги на электротягу переменного тока. Вместо работающих на дизельном топливе локомотивов на линию выйдут современные электровозы, о которых будет говорится далее.

Проект осуществлен в рамках Комплексной программы модернизации железнодорожной отрасли на 2009—2013 годы. Его стоимость составляет 85,4

млн. долларов США. Для покупки современного оборудования и выполнения необходимых работ использовались собственные средства компании, а также кредиты, предоставленные Германским банком развития KfW и Кувейтским фондом арабского экономического развития. В реализации проекта принимали участие НПО «Мостовик» (Россия), консорциум CNTIC-EEB (Китай), консорциум InterEng Messtechnik Dmbh — ZTE (Германия — Китай) и компания Белам - Рига (Латвия), которые выступали в роли подрядчиков и поставщиков оборудования. Иностранные специалисты обеспечили сдачу объектов «под ключ», научили узбекских железнодорожников эксплуатировать установленное оборудование. Помимо этого, чтобы эффективно работать с новыми технологиями, молодые сотрудники ГАЖК «Узбекистон темир йуллари» прошли обучение за рубежом. [26]

В ходе реализации проекта было осуществлено строительство трех мостов общей протяженностью 265 метров, установлено 2258 электрических опор и смонтированы необходимые элементы контактной сети и линии электропередачи. Система энергоснабжения позволяет вести автоматизированный учет электрической энергии и рассчитана на движение поездов со скоростью 160 километров в час.

На станциях этого участка также построено шесть современных зданий и сооружений для электрических подстанций, дежурных пунктов и централизованного электропоста, оснащенных современным оборудованием.

Реализация этого проекта важно для формирования и дальнейшего развития центра логистики в городе Ангрене. С вводом объекта повысится пропускная и провозная способность железнодорожных линий за счет увеличения скорости движения поездов, их веса и количества грузовых вагонов в составе. Будет обеспечена безопасность движения поездов, охрана окружающей среды в регионе за счет сокращения выбросов вредных газов. Совершенно преобразился после реконструкции и железнодорожный вокзал города Ангрена.

По мнению специалистов, реализация данного проекта позволит сократить в 1,8 раза эксплуатационные расходы, улучшить экологическую ситуацию в регионе и решить проблему трудоустройства с созданием дополнительных 50 рабочих мест.

Отметим, что созданная в 1994 году ГАЖК [26] связала воедино экономику страны, став ее основным транспортным звеном. Общая протяженность сети железных дорог республики составляет более 6020 километров, в том числе дорог общего пользования - 4230 километров. Из года в год растут объемы грузовых и пассажирских перевозок, чему спо