автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка технических решений по использованию сверхпроводниковых индуктивных накопителей в энергетической системе перспективного газотурбовоза

004616695

На правах рукописи

Я

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

- 9 ЛЕК 7010

Санкт-Петербург 2010

004616695

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения»

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, доцент Никитин Виктор Валерьевич

доктор технических наук, профессор Мазнев Александр Сергеевич

кандидат технических наук, доцент Лупкин Иван Дмитриевич

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 (6-^-10 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 энергий 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 МАТЬАВ и компьютерного моделирования в пакете БМиЬШК.

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 «Екгаш' 2007» «Электрификация и организация скоростных и тяжеловесных коридоров на железнодорожном транспорте» (г. Санкт-Петербург, 23-26 октября 2007 г); международном симпозиуме «Екгапэ' 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 KN показывает, что в широком диапазоне Км = const относительная величина мощности всегда меньше номинальной (N < 1), причем с увеличением Кц в значительном интервале времени диапазон изменения мощности уменьшается, что приводит к увеличению относительного коэффициента полезного действия ГТД на заданном интервале времени.

Увеличение коэффициента Кц 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.

озк

тп

-ЖТД

ГТД —■> с г

Заряд Разряд

ВЭК

НЭ НЭ

А *

п п

* *

ВЭО ВЭО

Рис.1. Структурная схема тяговой энергетической передачи газотурбовоза с накопителем энергии: ГТД - газотурбинный двигатель, СГ - тяговый синхронный генератор, ОЭК и ВЭК-основной и вспомогательный энергетические каналы, НЭ - накопитель энергии, П преобразователь, ТП - тяговый преобразователь, ТД- тяговые двигатели, ВЭО - вспомогательное электрооборудование.

Заряд. В режиме долевых тяговых нагрузок накопитель энергии подключается к генератору догружая ГТД, увеличивается коэффициент использования мощности 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:

г— ^ Пид

•100%,

_ --1

\Пн )

где г\ы, г\щ — коэффициенты, учитывающие работу двигателя на долевых нагрузках и холостом ходу, без и с использованием накопителя энергии в качестве дополнительной нагрузки соответственно.

Коэффициенты , Т}мд определяются по следующей формуле:

К,2

ы.ид

вXX '(\~Qxx)

где: при Кнщ = 0,5 -1,0 £ = 1,25 • ; <2^ - относительная

величина расхода топлива в режиме холостого хода.

Анализ показывает, что величина существенно зависит от доли

ВЭО в номинальной мощности газотурбовоза (ЛГ0) т, и

относительного времени холостого хода т^ и может составлять от 2-х до 10%. На рис.2 приведены результаты расчетов для доли мощности ВЭО т - 0,04 из которых видно, что для среднего т^ = 0,35 и т = 0,04 в зависимости от Qxx величина Ат/Э находится в пределах (4+7)%.

Энергоемкость накопителя должна определяться по режиму холостого хода:

1¥иэ = т • ЛГ0 • Тда- • гц,

где: гц — 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 = 6 МВт и

= 10 МВт при тхх — 0,35 и различных значениях т.

"т^0,05^т|=0^04щ,=0,03

т?0,05 щг0,04

н СО

чо £

1,5 2,0 ч

Рйс.2. Зависимость повышения Рис.3. Зависимость энергоемкости

эксплуатационного КПД от накопителя от длительности цикла относительного времени заряд-разряд

холостого хода

Для дальнейшего расчета энергоемкость накопителя принята равной 0^3 = 300 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.

Процесс 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).

lOOOO^SL

л 1000 и

я

Ft

s

и св о га

100

10

и л ч

<L> £

од

злектро?

Е

10 часов

имические

механические

суперконденсат

электромехани1 :еские

СПИН

орные

3"

ёмкостные

1 сек

10

10000

Вт/кг

100 юоо

Удельная мощность 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 (/спин max), расчетное значение максимальной индукции в обмотке (В), 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=fiB), размеры поперечного сечения витка (ширина витка а, толщина витка А), масса проводникового материала (Ма).

к-(D-d)-В

Рис.5. Расчетная схема тороидального СПИН

2-м> у/- ]

Ма = ж • у • ™ ■ £> • а • А • (с?, + Д), где - относительный диаметр намотки катушки,

у - плотность сверхпроводникового материала.

7

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 (а/£>), представленная на рис.7 при магнитной индукции в обмотке 5=10 Тл и наружном диаметре с1=3 м.

Рис. 6. Зависимость Рис. 7. Энергоемкость

массагабаритных параметров от тороидального СПИН заданного магнитной индукции внешнего диаметра

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

1

т /¡К1 1 1 , иШ ЕН /К2 [ КЗ Цк4

-V

СГ

Рис.8. Принципиальная схема заряда СПИН через

промежуточный ЕН: СПК - сверхпроводящий ключ, расположенный в холодной зоне СПИН (внутри криостата) и стороне переменного обеспечивающий режим "замороженного потока" при

длительном хранении энергии; К1 - полупроводниковый ключ, расположенный в теплой зоне (вне криостата) и обеспечивающий режим кратковременного хранения энергии в интервалах заряда промежуточного ЕН; КЗ -

полупроводниковый ключ, предназначенный для подключения промежуточного ЕН к СПИН при разряде

первого на второй; К4 - полупроводниковый ключ, предназначенный для аварийного сброса энергии ЕН на разрядный резистор К2; К2 - полупроводниковый ключ, предназначенный для аварийного вывода энергии из СПИН на разрядный резистор Ш; УВ - управляемый трехфазный мостовой выпрямитель.

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 максимального допустимого значения тока в процессе заряда (/„) и минимального времени заряда ЕН (Дг3), которое целесообразно принимать на порядок больше . времени переключения полупроводниковых приборов из непроводящего состояния в проводящее и обратно:

С>.

д/э г

3 гп

7! 'СЛ

'> ¿ТР - -2

Р.

В

1 - ге(<) индуктивности после диодов

2 - ис(г) индуктивности после диодов

3 - индуктивности до диодов

4 - ис{1) индуктивности до диодов

1500

1000

500

0,05 0,1 0,15 с

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 (&нач), 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:

ж

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 £/нач (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:

'спин •

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

р - 1-^ИАЧ.

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 Ма£ЬаЬ БшиНпк. Временные диаграммы напряжения и тока на промежуточном ЕН и тока СПИН, при начальном напряжении ЕН и^г0. на различных интервалах заряда СПИН, полученные при моделировании, представлены на рис.Ю и рис.11.

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 VI), снимающий требование синхронности управления полупроводниковыми ключами К1 и КЗ.

Установлено, что выбор емкости промежуточного ЕН для разряда СПИН на бортовые потребители должен осуществляться исходя из максимального зарядного тока СПИН (/спин шах)) допустимого диапазона изменения входного напряжения потребителей (А Со) и минимального времени заряда ЕН (Д£,):

(2 > ^СПИНшах '

АС/0

спин

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ. Рис.13. Принципиальная схема питания бортовых потребителей от СПИН.

Обозначения аналогичны рис.8, К5 - полупроводниковый ключ, осуществляющий соединение ЕН с автономным инвертором АНН и/или широтно-импульсного преобразователя постоянного напряжения ИППН; УО - 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 С/0 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

Л 01 02 03 04 05 их питание осуществляется от „ п ' ' 1

„ , .. Рис.14. Зависимость «мертвой»

ДВУХ модулей СПИН(рИС. 14). г^тгтхп

энергии СПИН от тока нагрузки.

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 N1 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 СПЙН 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 Н 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 1! 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, В 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. -2с.: Гил.

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 60x84 1/16

Тираж 100 экз._Заказ № юи.__

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

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Проблема использования накопителей энергии на газотурбовозе 1о

1.1. Характеристика газотурбинных установок автономного локомотива

1.1.1. Влияние числа валов на характеристики газотурбинных двигателей (ГТД)

1.1.2. Влияние термодинамических параметров на характеристики

1.1.3. Принципиальные схемы ГТД для локомотивов

1.2. Режимы работы накопителей энергии и эффективность их использования в энергетических установках газотурбовоза

1.2.1. Режимы работы накопителей энергии в электроэнергетической системе перспективного газотурбовоза

1.2.2. Оценка эффективности применения накопителя энергии в составе энергетической установки газотурбовоза

1.2.3. Энергоемкость накопителя в зависимости от времени цикла заряд-разряд накопителя энергии

1.2.4. Нагрузочные диаграммы главного двигателя автономного грузового локомотива

Выводы к первой главе

Глава 2. Анализ особенностей накопителей энергии для согласования их характеристик с параметрами газотурбинной энергетической установки автономного локомотива

2.1. Характеристика современных накопителей энергии

2.1.1. Электрохимические накопители

2.1.2. Индуктивные накопители

2.1.3. Ёмкостные накопители энергии

2.1.4. Механические накопители энергии

2.1.5. Электромеханические накопители

2.2. Расчет и анализ параметров обмоток сверхпроводникового индуктивного накопителя (СПИН) заданной энергоемкости

2.2.1. Расчетная модель тороидального СПИН

2.2.2. Последовательность расчета тороидального СПИН

2.2.3. Анализ влияния максимальной индукции в магнитной системе на параметры обмотки тороидального СПИН

2.2.4. Определение энергоемкости СПИН по условиям вписывания в габариты подвижного состава

2.2.5. Анализ влияния относительного диаметра намотки на параметры обмотки тороидального СПИН

2.3. Синтез оптимальной структурной схемы энергетической цепи транспортного объекта с ГТД и СПИН

Выводы ко второй главе

Глава 3. Исследование процесса заряда СПИН от тягового генератора

3.1. Варианты структурных схем накопления избыточной энергии

ГТД в СПИН

3.1.1. Непосредственная нагрузка тягового генератора на СПИН

3.1.2. Нагрузка тягового генератора на СПИН через промежуточный емкостной накопитель (ЕН)

3.2. Ограничение бросков тока при заряде промежуточного ЕН 66 3.2.1. Схема включения токоограничивающих реакторов до выпрямительных диодов

3.2.2. Схема включения токоограничивающих реакторов после выпрямительных диодов

3.3. Характер переходных процессов при поэтапном заряде СПИН от промежуточного ЕН

3.4. Способы регулирования дополнительной мощности ГТД, создаваемой накопителем энергии

3.4.1. Схема включения токоограничивающих реакторов до выпрямительных диодов

3.4.2. Схема включения токоограничивающих реакторов после выпрямительных диодов

3.5. Энергетические параметры цепей заряда СПИН

Выводы к третьей главе

Глава 4. Разработка преобразователя обеспечивающего питание бортовых потребителей энергии от СПИН

4.1. Схема разряда СПИН через промежуточный EH

4.2. Компьютерное моделирование процесса разряда СПИН на промежуточный ЕН и вспомогательное электрооборудование (ВЭО)

4.3. Схема параллельной работы двух модулей СПИН на промежуточные ЕН и ВЭО

4.4. Компьютерное моделирование параллельной работы двух модулей СПИН, двух промежуточных ЕН и ВЭО

4.5. Определение параметров схемы зарядно-разрядного преобразователя

Выводы к четвертой главе

Глава 5. Экспериментальные исследования

5.1. Описание экспериментальной установки и программы проведения исследования

5.2. Методика проведения эксперимента

5.3. Результаты экспериментальных исследований 13 5 Выводы к пятой главе

Железнодорожный транспорт - один из крупнейших потребителей« нефтепродуктов, в России. Доля потребления дизельного топлива составляет около 9 % от общего потребления в стране. Поэтому ОАО «РЖД» поставило задачу замещения к 2030 году 30 % расходуемого автономными локомотивами дизельного топлива природным газом [1].

Создание мощных скоростных автономных локомотивов (6-ИО МВт) для перевозки грузов является одной из задач, определяющих дальнейшее развитие железнодорожного транспорта России, включающей в себя согласование тяговых характеристик автономного и электрического подвижного состава по мощности и скорости.

Весьма актуальна проблема применения на таких грузовых локомотивах газотурбинных двигателей (ГТД), имеющих следующие основные преимущества перед дизелем [2-6]: существенно лучшие массогабаритные показатели;

- высокая ремонтопригодность; значительно-меньшее количество вредных, выбросов в окружающую среду;

- повышенный ресурс.

В середине прошлого века в развитых странах мира (США, Великобритания, Швейцария, СССР, Чехословакия) были созданы опытные образцы и партии газотурбовозов преимущественно с электрической тяговой передачей [2, 7-10]. В большинстве на этих локомотивах использовались одновальные ГТД с температурой газа на входе в турбину 1000 К и эффективным КПД не превышающим 20%. Лишь при использовании двухвальных ГТД с регенерацией (Великобритания, Чехословакия) к.п.д. двигателей составлял 22ч-24%.

Низкий к.п.д. ГТД по1 сравнению с дизелем в те годы являлся сдерживающим фактором к широкому внедрению газотурбовозов. В последние два десятилетия XX века ведущими странами мира были освоены ГТД четвертого поколения с максимальной температурой цикла 1500-ь1600К и I эффективным к.п.д. 35^40%, в первую очередь для использования в авиации и на, флоте. Технические решения, используемые в этих двигателях, могут быть положены в основу создания ГТД для локомотивов * при некотором снижении максимальной температуры цикла и к.п.д. [2, 11].

В настоящий время с использованием современных газовых турбин созданы два газотурбовоза: маневровый ГЭМ10 — разработка ВНИИЖТ [12] и магистральный ГТ1-001 - разработка ОАО «ВНИКТИ» [1, 13-16].

В работах [17-44] рассматривается применение различных типов накопителей энергии на электрическом транспорте для. сглаживания неравномерности энергопотребления из первичной энергосистемы и полезного использования всей энергии рекуперации с целью повышения энергетических показателей работы системы.

Для ^ улучшения общей характеристики электроэнергетической установки автономного локомотива в работах рассматривается [45-52] применение накопителей энергии. Накопитель заряжается в процессе рекуперативного торможения или при недогрузке первичного теплового двигателя с I последующим использованием накопленной энергии при разгоне. Главным достоинством такой схемы является: 1) лучшее ускорение на высоких скоростях, 2) уменьшенная мощность главного двигателя и веса.

Требуемая энергия на один локомотив для поглощения энергии рекуперативного торможения указывается 2,5 ГДж. Учитывая массогабаритные показатели современных накопителей энергии [53—72] размещение накопителей такой емкости потребует не один вагон, что едва ли приемлемо. Вместе с тем ГТД присущи значительные недостатки [2, 73]: - существенная зависимость экономичности от мощности и частоты вращения;

- большой расход топлива в режиме холостого хода.

Т. е., использование газовой турбины эффективно только в узком диапазоне скоростей и относительно узком диапазоне мощностей.

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

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

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

Были поставлены следующие 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.

Решение поставленных задач выполняется с использованием методов термодинамики, теории электромагнитного поля; теории электрических цепей, аналитико-численных методов с использованием пакета МАТЬАВ и компьютерного моделирования в пакете 81М11ЫМК.

Таким образом на защиту выносится:

- Использование СПИН в качестве дополнительной нагрузки газотурбинного агрегата автономного транспортного средства в режимах долевых тяговых нагрузок с последующим использованием накопленной электрической энергии для питания бортовых потребителей собственных нужд в режиме холостого хода ГТД;

- Методика оценки электромагнитных и массогабаритных параметров обмотки СПИН по условиям размещения в заданных габаритах транспортного средства;

- Требования к преобразователю, обеспечивающему заряд и разряд СПИН в электроэнергетической системе перспективного транспортного средства.

- Схемотехнические решения и алгоритмы управления преобразовательными устройствами, обеспечивающими импульсный режим накопления и отдачи электрической энергии;

- Способы регулирования мощности, отбираемой СПИН от тягового турбоагрегата.

- Техническое решение, позволяющее повысить эффективность использования энергии, накопленной в СПИН.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в [74-76, 99, 106, 109, 112-114].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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 СПИН, принятой в теоретических исследованиях.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и осуждались на: международном симпозиуме «Екгапэ' 2007» «Электрификация и организация скоростных и тяжеловесных коридоров на железнодорожном транспорте» (г. Санкт-Петербург, 23-26 октября 2007 г); международном симпозиуме «Екгаш' 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).

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».

1. Разработка и изготовление первого в мире магистрального грузового газотурбовоза, работающего на сжиженном природном газе / Д.Л. Киржнер, В.Ф. Руденко // Техника железных дорог- 2008, № 3, С. 49-51.

2. Газотурбовозы и турбопоезда / Е.Т. Бартош М: Транспорт, 1978. -310с.

3. Перспективы применения газотурбинных двигателей с использованием альтернативных топлив на железнодорожном транспорте / Е.Е. Коссов // Конверсия в машиностроении 2001, № 1, с. 43-46.

4. Газотурбинный двигатель внешнего сгорания с электрогенератором / С. В. Цивинский // Естественные и технические науки 2007, № 35 С.202-205.

5. Локомотивы с использованием природного газа как альтернативного топлива / Л.М. Бондаренко, А.Г. Воронков, A.B. Гудков, Э;И. Нестеров, Н.К. Никольский // Тяжелое машиностроение 2006, № 8, С.15-17.

6. Использование природного газа, на-автономных локомотивах / A.B. Заручейский // Транспорт Российской Федерации 2008, № 18, С.56-58.

7. Газотурбинная тяга: история и перспективы / В. С. Коссов, Э. И. Нестеров // Локомотив. 2005. -№ 3. с. 39-41.

8. Газотурбинная тяга: история и перспективы / В. С. Коссов, Э. И. Нестеров // Локомотив. 2005. - № 4. - С. 37-40.

9. Газотурбинная тяга: история и перспективы / В. G. Коссов, Э. И. Нестеров // Локомотив. 2005.- № 5. - С. 37-40.

10. Турбопоезда на железных дорогах Северной Америки // Железные дороги мира. 1996. - № 5. - С. 28-31.

11. Перспективы применения газотурбинных двигателей на тяговом подвижном составе/ Е.Е. Косов, В.В. Перец // Вестник ВНИИЖТ 2000, №5, С. 16-19.

12. Маневровый газотурбовоз / Е. Е. Косов // Транспорт Российской Федерации. 2007. - № 10. - С. 18-19.

13. Газотурбовоз ГТ1 на альтернативном моторном топливе СПГ / В.Ф. Руденко, А.Г. Воронков, Е.Ю. Стальнов // Транспорт на альтернативном топливе 2009, №5 С.63-65.

14. Первый в мире газотурбовоз работающий на сжиженном природном газе / B.C. Коссов,' В.Ф. Руденко, Э.И.Нестеров // Автогазозаправочный комплекс + Альтернативное топливо 2009, № 3, С. 32-36.

15. Разработка и изготовление первого в мире магистрального грузового газотурбовоза, работающего на сжиженном природном газе / Д.Л. Киржнер, В.Ф. Руденко // Техника железных дорог- 2008, № 3, С. 49-51.

16. Испытания газотурбовоза ГТ1 проходят в срок и успешно / В.Ф. Руденко // Техника железных дорог 2009, № 2, С. 79-81.

17. Повышение тягово-энергетической эффективности транспортных средств при помощи накопителей энергии / В.П. Феоктистов, М. Павельчик // Трансп. наука, техн., упр., ВИНИТИ, 1999, №12, С.21-26.

18. Маховик с электротрансмиссией для транспортного средства / Э.Г. Кашарский, H.H. Кустов, П.А. Ровинский // Изв. Акад. наук. Сер. «Энергетика», 1998, №2. С. 10-14.

19. Условия эффективного использования емкостного накопителя энергии в системах тягового электроснабжения железных дорог / В.Н. Пупынин, B.JI. Никитин //Электричество, 1993, №1. С. 19-24.

20. Повышение энергетических показателей работы системы тягового электроснабжения железных дорог с помощью накопителей энергии / Шевлюгин М.В. // Наука и техника транспорта 2007, № 1,С.68-72/

21. Применение секционированного сверхпроводникового индуктивного накопителя энергии на тяговой подстанции / А. Л. Быкадоров, Т. А. Заруцкая // Труды Ростовского государственного университета путей сообщения 2007, № 1, С.113-116.

22. Supercondensatoren (UltraCaps) Fur den Start von Dieselmotoren / Z.E. Vrail // Glas. Ann. 2006, №9, P. 418-419.

23. Supercaps in Nahverkehrsfahrzeugen. Breiding Sven, Hanz Peter.Nahverkehrs-Prax. 2007. 55, № 11, c. 45-47

24. К вопросу использования сверхпроводниковых индуктивных накопителей энергии в энергосистемах железнодорожного транспорта / В.Н. Носков // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения 2008, № 3, С.54-59.

25. Криогенные накопители энергии в системе тягового электроснабжения железных дорог / М. В. Шевлюгин // Известия Самарского научного центра РАН 2007. Специальный выпуск. Проблемы железнодорожного транспорта на современном этапе развития, С. 101-105

26. Ultracapasitor-based auxiliary energy system for an electric vehicle: implementation and evaluation / Ortuzar Micah, Moreno Jorge, Dixon Juan // IEEE Trans. Ind. Electron 2007, № 4, C.2147-2156.

27. Применение накопителей энергии в системах электрической тяги / Н. И. Щуров, К. В. Щеглов, А. А. Штанг // Сборник научных трудов НГТУ 2008, N2, €.99-104.

28. Энергосберегающие схемы тягового электроснабжения железных дорог на базе сверхпроводниковых индуктивных накопителей энергии / М. В. Шевлюгин // Электротехника 2008, №7, С.28-34.

29. Снижение расхода электроэнергии на движение поездов в Московском метрополитене при использовании емкостных накопителей энергии / M. Bi Шевлюгин, К. С. Желтое // Наука и техника транспорта 2008, № 1, С.15-20:

30. Применение накопителей энергии для- выравнивания нагрузок в системе электроснабжения городского электрического транспорта / Е.А. Спиридонов // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока -2008, № 2, С.258-262

31. Ocena przydatnosci zasobnikow energii w systemach zasilania trakcji elektrycznej / V.P. Feoctistov, M. Pawelczyk // IV Konferencja "Komputerowe Systemy Wspomagania Nauki, Przemyslu i Transportu "Transcomp". Zakopane 2000, s. 145-152.

32. Движение поезда метрополитена от суперконденсаторов / Сухоруков А.И., Желтов К.С. // доклад на съезде экспертов по энергосбережению на транспорте «SUPERCAPS EUROPE 2005», Берлин, 2005.

33. Strabendahnen ohne Oberleitung? / Naumann Thomas // Stadtverkehr. -2008. -№3, P.28-29

34. Об энергоёмкости накопителей энергии для стационарного размещения на тяговых подстанциях / В.Н. Носков В.Н., М.Ю. Пустоветов, В.К. Чирков // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. - 2008, № 1, С.120-127.

35. Применение энергонакопительных устройств на электроподвижном составе / А.С. Мазнев, A.M. Евстафьев // Транспорт Урала. 2009, №2, С.83-85.

36. Using a superconducting magnetic energy storage coil to improve efficiency of a gas turbine powered high speed rail locomotive / Johnson Brian K., Law Joseph D., Saw Gerald P. // IEEE Trans. Appl. Supercond 2001. Vol. 11, № 1, P. 1900-1903

37. Способ применения сверхпроводникового накопителя энергии (СПИН) для повышения экономичности грузовых газотурбовозов / А.И. Хожаинов, В.В. Никитин, Г.Е. Середа // Транспорт Российской Федерации,- 2007, №7, С.29-31.

38. Superconducting magnetic energy storages for autonomous traction objects / A. Khozhainov, V. Nikitin, G. Sereda. // 5th International Conference on unconventional electrical and electromechanical systems UEES-01. 16-19 Sept., 2001. Poland.

39. Сверхпроводниковый индуктивный накопитель энергии (СПИН) с повышенным числом зарядно-разрядных циклов (ЗРЦ) в энергетическойсистеме газотурбовоза / А.И. Хожаинов, Г.Е. Середа //Транспорт Российской

40. Федерации, 2009, №1, С.45-48.

41. Автономная тяговая электрическая передача со сверхпроводниковыми электрическими машинами и индуктивным накопителем энергии / А.И. Хожаинов, В.В. Никитин // Электричество, 1996, №10. С.30-37.

42. Об энергоемкости накопителя энергии для тепловоза / В. Н. Носков, М. Ю. Пустоветов // Вестник ВНИИЖТ. 2008. - № 5. - С. 42^14.

43. Накопители энергии: Учеб. пособие для вузов / Д.А. Бут, Б.Л. Алиевский, С.Р. Мизюрин, П.В1 Васюкевич: Под ред. Д.А.Бута. М.: Энергоатомиздат, 1991.-400с.: ил.

44. О передаче электрической энергии из молекулярного накопителя в индуктивыный / Н.И. Радионов // Электричество, 1989, №8. с.76-81.

45. Разработка электрохимических генераторов на жидком топливе для локомотивов / А. С. Беляев // 8 Научно-практическая* конференция "Безопасность движения поездов", Москва, 1-2 ноября 2007: Труды. Ч.Л.2. -М.: МИИТ 2007 С.81-93.

46. Экспериментальная сверхпроводниковая магнитная система с регулируемой индуктивностью обмотки энергоемкостью 5 МДж / А.С. Веселовский, В.П. Баев, Ю:Л. Буянов // Электротехника, 2007, №7, С.16-23.

47. Design and first test of a 800 kJ HTS SMES / Tixador P., Bellin В., Deleglise M., Vallier J.C., Bruzek C.E., Allais A., Saugrain J.M // Applied Superconductivity Conference, Seattle, Wash, Aug. 27-Sept. 1. 2006. Pt 2, P.1967-1972.

48. Эффективные СПИН с замкнутым магнитным потоком / Клименко Е.Ю. и др. // Доклад и сборник аннотаций Научной конференции института сверхпроводимости и физики твердого тела РНЦ «КИ», Москва, 2006. С.89-94

49. Влияние мощности на эффективность газотурбинных энергетических установок специализированных технологических судов / М.Р. Ткач // Авиационно-космическая техника и технологии 2005 №8, С.89-94

50. Анализ параметров накопителей энергии / Е.Г. Середа // Материалы межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Шаг в будущее. Неделя« науки 2008.-СП6.: ПГУПС, 2008. -С.126-128.

51. High-temperature superconducting materials of the 1-st and the 2-nd generation and prospects for their application in electric engineering / N.A. Chemoplekov, L'.I. Chubraeva // UESS'04. Alushta, Ukraine. P 971-974.

52. Сверхпроводниковые технологии: современное состояние и перспективы практического применения / Н.А. Черноплеков // Вестник Российской академии наук, т.71, №4, 2001, С.303-319.

53. ВТСП для энергетики // Альтернативная энергетика и экология 2007, № 11, с. 230-231.

54. Научно-технические и экономические проблемы сверхпроводниковых технологий для электроэнергетики / Черноплеков Н.А. // Доклад на ежегодной научной конференций ИСФТТ и КЦСИ РНЦ «Курчатовский институт», Москва, апрель 2006. С.22-28.

55. Progress in research, development, and pre-commercial deployment of second generation HTS wires in the USA / Hawsey Robert A., Christen David K. // Proc. 18 International Symposium of Superconductivity "Advances in Superconductivity". 2006:, P.488-495.

56. Highlights in R&D for coated conductors in Japan / Shiohara Yuh, Kitoh Yutaka, Izumi Teruo // Proc. 18 International Symposium of Superconductivity "Advances in Superconductivity". 2006., P.496-503.

57. Losses in superconductors submitted to rotating and traveling fields / G.E. Sereda, K.K. Kim, I.D. Lupkin // Proc. Int. Symp. On Electromagnet. Fields.-ISEF91 Southampton. 1991. - P. 139.

58. Криогенные системы: Пер с англ.-2-e изд. / Р.Ф. Баррон -М: Энергоатомиздат, 1989.-408 е.: ил.

59. Синхронные генераторы кратковременного и ударного действия / И.А. Глебов, Э.Г. Кашарский, Ф.Г. Рутберг- JL: Наука, 1985.

60. Специальные электрические машины. Источники и преобразователи энергии: Учеб. пособие для вузов.- В> 2-х Кн.: / А.И.Бертинов, Д.А.Бут, С.Р.Мизюрин и др.; Под ред. Б.Л.Алиевского.-2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1993.-320с.: ил.

61. Генераторы ударной мощности / Г.А. Сипайлов, К.А. Хорьков М.: Энергия, 1979:

62. Review of high power density superconducting generators: Present state and prospects for incoming YBCO windings / Barnes Paul N., Sumption Michael D., Rhoads Gregory L. // Cryogenics 2005. 45, N2 10-11, P. 670-686.

63. Высокотемпературные сверхпроводники на " железнодорожном транспорте / Н. Fuhimoto // Железные дороги мира 2008, № 1, С.52-57.

64. Сверхпроводимость притормозила на пороге подстанций / М.В. Шевлюгин, В.В. Лобынцев, // "Мир транспорта", №1, 2006г., с. 44-47

65. Высокотемпературные сверхпроводниковые трансформаторы новое поколение подстанционного оборудования / А. Козулин, А. Виноградов // Электроцех. - 2008, № 4, С.14-16

66. Feasibility of SMES Devices Basing on the Developed Technology of Superconducting Magnets for Tokamak Fusion Reactors / Glukhikh V., Filatov O., Belyakov V. // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. -2000. -Vol.10. -No 1. pp. 771-776.

67. Adaptive transfer function estimation of a notional high-temperature superconducting propulsion motor / Senriy Nilanjan, Suryanarayanan Siddharth, Steurer Michael, Woodruff Stephen L. // IEEE Trans. Ind. Appl. 2009., №2., P,651-658

68. Методика расчета параметров сверхпроводниковых индуктивных накопителей энергии для автономных транспортных объектов /В.В. Никитин // Известия вузов. Электромеханика. 2002, №2. С.41-47.

69. Расчет индуктивностей / Калантаров, Цейтлин — Л.: Энергия, 1986.

70. Магнитные системы МГД-генераторов и термоядерных установок. / Р.Том, Дж. Tapp. -М.: Энергоатомиздат, 1985.

71. Superconducting materials for large-scale applications / D. Dew-Hughes. // Adv. in Cryog. Eng., 1975, v.22, pp. 316-325.

72. Электрические машины и электрооборудование тепловозов. Учебник для вузов ж. д. трансп. / Под ред. Е.Я1 Гаккель. 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Транспорт, 1981.-256 с.

73. Тяговая подстанция постоянного тока со сверхпроводниковым индуктивным накопителем энергии: Пат.- RU 2259284 G2, МКИ3 В60МЗ/06, B60L7/12/ А.Л. Быкадоров, Т.А. Заруцкая, А.Д. Петрушин, Е.П. Фигурнов (RU). -Опубл. 27.08.2005.

74. Основы теории зарядных цепей емкостных накопителей энергии / И.В. Пентегов-Киев, Наукова думка, 1982.

75. Электронная техника и преобразователи: Учеб. Для вузов ж.-д. трансп. / А.Т. Бурков М.Транспорт, 1999. - 464 с.

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

77. Энергетика процесса заряда конденсатора от генератора переменного тока через выпрямитель / А.И. Бертинов, С.Р. Мизюрин, В.А. Сериков, Р.Л. Геворкян // Электричество, 1967, № 8. С.54-61.

78. О расчете процесса заряда конденсатора от выпрямителя / С.Р. Мизюрин, М.А. Ермилов, В.А. Сериков // Электротехника, 1970, № 12. С.42-44.

79. Экспериментальные исследования влияния колебаний на работоспособность сверхпроводящих магнитов / И.Д. Лупкин, В.В. Никитин, Г.Е. Середа // Электромеханика. 1998. - № 1. - С. 27-33.