автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Тяговый электропривод пассажирского транспортного средства для кампусов университета г. Бахр-Дар, Эфиопии

На правах рукописи

Тадивосе Тассеу Зевде

ООЭ44Ь4 Г»

ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПАССАЖИРСКОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА ДЛЯ КАМПУСОВ УНИВЕРСИТЕТА Г.БАХР ДАР- ЭФИОПИИ,

Специальность - 05 09 03 "Этектротехнические комплексы и системы"

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА-2008

003445476

Работа выполнена в ГОУВПО «Московский энергетический институт (технический университет)» на кафедре электрического транспорта

Научный руководитель

Кандидат технических наук, профессор Слепцов Михаил Александрович

Официальные оппоненты

Доктор технических наук, профессор Гамазин Станислав Иванович Кандидат технических наук Бибиков Владимир Иванович

Ведущая организация

Новосибирский Государственный Технический университет

Защита диссертации состоится «27» июня 2008 г в 12 часов 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212 157 02 при Московском энергетическом институте (Техническом университете) по адресу 111250, г Москва, ул Красноказарменная, д 14,ауд М-611

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу

111250, г Москва, ул Красноказарменная, д 14 Ученый совет МЭИ (ТУ) С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО МЭИ (ТУ)

Автореферат разослан "26" мая 2008 г Ученый секретарь

диссертационного совета Д212 157 02. кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы С общемировым ростом цен ка энергоносители проблема снижения потерь при преобразовании и потреб тении энергии становится стратегическим направлением приоритетного развития многих областей промышленности и секторов экономики, в том числе и транспортной индустрии

В связи необходимостью обеспечения массовых интенсивных перевозок студентов, преподавателей и местных жителей в городах Эфиопии с обеспечением необходимых экологических характеристик предлагается создание общественного электрического транспорта на основе электробуса с накопителем энергии

Под электробусом понимается транспортное средство с тяговым электроприводом, получающим энергию от бортового источника энергии Заряд источника энергии осуществляется на остановках, при движении электробуса энергия рекуперативного торможения используется для его подзаряда

В этой диссертационной работе рассмотрено решение по обеспичению пассажирских перевозок в университетом кампусе гБахр-Дар При этом на транспортном средстве удалось отказаться от дизель-1 енератора, а заряд накопитель энергии осуществлять на конечных остановках Рассчитаны пуско-тормозные диаграммы и кривые движения с проведены тягово— энергетические расчеты движения электробуса

Разработана силовая схема электропривода электробуса с автономным ходом с тяговым электродвигателем постоянного тока и произведен выбор основных элементов силовой схемы

Разработана функциональная схема блока управления электробуса с автономным ходом, а также схема преобразователя постоянного напряжения дтя цепи управления, определен расход электрической энергии ЭПС (Электробус) для данного маршрута общественного транспорта, проведен обзор и сравнительный анализ суперконденсаторов российских и зарубежных производителей

Проведен сравнительный анализ различных типов накопителей энергии Проведен выбор суперконденсаторов для установки на эчектробус для движения на фиксированном маршруте между кампусами университета г Бахр Дар длинной 2,1 км

Проведены расчеты экономической эффективности использования, электробуса с накопителем энергии в режиме автономного хода для одного маршрута в г Вахр-Дара, электробезопасносщ при обслуживании электрооборудования электробуса

Показано, что установка накопителя энергии на подвижном составе позволяет решить множество проб тем, связанных с организацией движения на маршрутах, экономией электроэнергии и преодолении некоторых аварийных ситуаций

Накопитель энергии открывает новые возможности, такие как

1) Возможность сохранения работоспособности при отсутствии контактной сети и топлива для автобусов, предназначенных дтя подвозки студентов и сотрудников университета;

2) Возможность объезда заторов,

3) Возможность организации движения отдельных участков при отсутствии контактной сети При наличии такого подвижного состава решается проблема дополнительных капитальных вложений в установку контактной сети, поскольку, на данным момент в Эфиопии не существуют тяговый под станции, (только что, в начале 2007г построен троллейбусный завод недалеко от г Бахр-Дара. по соглашению с ТРОЛЗА ОАО "Троллейбусный завод" )[29],

4) Возможность использования рекуперации полностью те при наличии накопителя в режиме торможения происходит рекуперации электроэнергии на накопитель

Одним из юродов нуждающихся в современном экологическом транспорте является город Бахр-Дар, который находится на север западе Эфиопии В этом городе находится один из крупных университетов -Университет Бахр-Дар, который имеет более 10 ООО учащихся

Для обеспечения учебной и социальной программы университета, требуется создать надежный и экономичный вид транспорт для маршрута между кампусами университета

Электрическая тяга является одним из наиболее эффективных видов транспорта она широко применяется на магистральном, пригородном, промышленном и городском транспорте и правильный выбор ее параметров возможен только после проведения тяговых расчетов для приближения к реальным условиям выполнение расчета ведется на базе существующего типа подвижного состава

Тяговые расчеты являются прикладной частью теории тяги и позволяют решать многочисленные практические задачи, возникающие при проектировании и эксплуатации электрического транспорта

Для функционирования электрического транспорта в кампусе университета существуют некоторые предпосылки:

с Надежные и постоянные источники для производства электроэнергии (в Бахр-Даре находятся три гидроэлектростанций)

• Возможность сократить финансовые ¡атраты на топливо и запчасти автомобилей

• Расстояние между кампусами достаточно большое (2,5км), так что требуется транспорт с достаточной скоростью и малыми интервалами движения для обеспечения нормальной работы университета

• Большое число студентов потребовало введения пассажирского транспорта

достаточной вместимости

• Необходимо имеет постоянное сообщение между кампусами через 1-15 часа в течение большей части суток

• При наличии такого транспорта студенты смогут отказаться от большого числа велосипедов,

• Жители, живущие вдоль дорога между кампусами, также будут иметь возможность пользоваться транспортом,

• Возможно использовать для электробуса альтернативные источники энергии, поскольку страна не имеет собственных входов к морским путям, так как это уменьшает затрат денежных средств

• Большое число часов солнечного сияния позволяет накапчивать энергии для источников тока

• Большое количество городских автобусов городов нуждающиеся в капитальном ремонте

Поэтому эффективное функционирование транспорта, как базовой среды материального производства, существенно влияет на темпы и ритмичность социально-экономического развития страны

Его устойчивое и эффективное функционирование является необходимым условием высоких темпов экономического роста, повышения качества жизни населения, рациональной интеграции Эфиопии в мировую экономику

Вопрос, связанный со снижением энергозатрат, путем создания высокотехнологичных образцов транспортных средств, является актуальным для городского электрического транспорта в целом, где энергетическая составляющая а настоящее время достигает 30 50% от общих затрат предприятий

Несмотря на значительный научно-технический прогресс в транспортной сфере за последнее десятилетие, политика в Эфиопии, направленная на разработку энергосберегающих технологий, была недостаточно эффективной

Одним из таких направлений в последние годы является разрабочка новых типов эффективных источников вторичной энергии и преобразователей энергии, обладающих качественно новыми свойствами, которые позволяют эффективно использовать их в транспортной индустрии страны, снижая потери энергии, повышая эффективность, увечичивая срок службы оборудования и надежность эчектротранспортного комплекса в целом

В связи со значительным прогрессом в информационных технологиях на рубеже XX и XXI веков появилась ьозможность быстро и эффективно производить сложные и трудоемкие расчеты, создавать программные комплексы, моделирующие процессы движения транспортных средств В частности, появились методики, разрабатываемые различны™ научными школами, в том числе и коллективом кафедры «Электротехнические комплексы» МЭИ, позволяющие рассматривать многие идеализированные процессы движения не только на основе детерминированы факторов, но и с учетом случайных воздействии

В результате стало возможным значительно увеличить точность

прогнозных расчетов, выявить и пересмотреть типовые мощности элементов системы, работающих в недогруженном или перегруженном режимах более адекватно оценивать реальные режимы движения

Значительный вклад в решение ряда обозначенных вопросов, таких как снижение энергопотребления на электрическом транспорте, применение накопительных устройств, разработка методик, позволяющих более адекватно оценивать реальные процессы движения, внесли ученые И С Ефремов, В Е Розенфельд, И П Исаев, Г В Косарев, К Г Марквардт, Л С БаЙрыева, В В Шевченко, ВЛ Феоктистов, Д А Буг, Н.В Гулиа, Н И Широв, В И Сапов и другие авторы

Известные работы, опубликованные на различны этапах развития научно-технического прогресса, в разных научных школах, не содержат комплексного подхода в исследованиях по применению накопителей энергии на автономном электроподвижном составе (ЭПС) с учётом случайны факторов, влияющих на формирование баланса энергии Рассмотренный в диссертационной работе комплекс задач сформулирован в контексте проблемы внедрения накопителей энергии в систем электрического транспорта с учетом случайных факторов, оказывающих существенное влияние на процесс функционирования электроподвижного состава

Цели и задачи научного исследования. Цель диссертационной работы состоит в создании вида городского транспорта (электробуса) для городских рекреации, методов тягового расчета параметров и сравнения энергетических характеристик накопительных устройств в системе городского электрического транспорта и их выбор, а также в разработке схемных решений, направленных на повышение эффективности использования энергии электрических торможении с учетом влияния случайных факторов

Основные задачи исследования настоящей работы можно сформулировать следующим образом

1 Проведение оценки энергосистемы страны, с целью определения экономически - эффективного потенциала и расчета технико-экономической использования электробуса в городе Бахр-Дар,

2 Проведение анализа особенностей автономных видов электрического

транспорта (электробусов) и технических схем с учетом специфики городских маршрутов,

3, Разработка методики обоснования ьыбора источника энергии для децентрализованного пользователей университета в городе Бахр-Дар и выявление эффективности системы

4 Проведение оценки эффективности рекуперации торможения на конкретных I ородских маршрутах

Методы исследования. В основу теоретических исследований положен матемагический аппарат, включающии использование аналитических и численных методов решения дифференциальных уравнений, элемент теории

вероятное! ей и математической статистики

Основные результаты диссертационной работы получены на базе фундаментальных законов и уравнений электрических цепей и теории электрической тяги Результаты теоретических исследований согласуются с данными, полученными экспериментальным путйм в ходе испытаний на электроподвижном составе, функционирующем в реальных условиях.

Основные положения, выносимые на защиту.

1 Необходимость и целесообразность создания и внедрения накопительных устройств на основе конденсаторов двойного электрического слоя, позволяющих наиболее эффективно испочьзоватъ энергию электрических торможении в системе электрического транспорта

2 Результаты экспериментальных исследований энергопотребления транспортной системы и определение выравнивающих функций распределения удельных энергии на тягу и электрическое торможение электробуса

3 Основные положения, обосновывающие наиболее эффективное использование накопительных устройств в системе тягового электроснабжения, математическое описание и моделирование процессов движения транспортных средств, позволяющих определять характер распределения энергии электрического торможения и оценивать эффективность ее использования с учетом потерь энергии в системе электрического транспорта в целом

4 Результаты расчетов вероятностного определения диапазона начальных скоростей торможения, определяющих энергетику этого процесса с учетом изменяющейся массы транспортного средства и минимизации потерь электроэнергии в рассматриваемой системе городского электрического транспорта

5 Возможные схемы тягового электропривода, обеспечивающего работу автономного транспортного средства для городских рекреаций, работающего без тяговой сети

Научная новизна диссертационной работы.

1 Выполнен комплексный анализ и получены результаты, определяющие энергобаланс транспортного комплекса, оборудованного накопительными устройствами, как в системе тягового электроснабжения, так и на электроподвижном составе Дана количественная оценка снижения элекгропотребления при установке накопителей энергии в различных звеньях рассматриваемой системы

2 Разработаны схемные решения и создан метод расчета, позволяющий оценивать эффективность использования накопительного устройства на ЭПС и определять его параметры Показана целесообразность использования и внедрения накопителей энергии непосредственно на электротранспортом средстве

3 Предложены структурное схемы тягового электропривода для автономного городского пассажирского транспорта с накопителем энергии, реализующие энергоэффективные режимы движения на определенных темах городских маршрутов Разработана упрощенная математическая модель предложенной системы тягового электропривода

Практическая ценность результатов работы.

Показана возможность создания электрических транспортных средств для перевозки пассажиров, проложенных в зонах рекреаций при отсутствии других видов транспорта, пересекающих или движущихся параллельно с ним Такие условие, характерные для ряд городов Эфиопии и некоторых других стран, позволяют использовать современные накопители энергии в качестве единственного бортового источника энергии, а его заряд производить лишь на конечных остановках

Основные результаты работы предполагают практическое внедрение на родине аспиранта

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на XII международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г Москва, МЭИ, 2006) и на конференции в г Санкт Петербург , и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научной конференции, кафедре ЭТ,МЭИ, г Москва, март,2008

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы, в числе которых 3 статьи, входящие в перечень издании, рекомендованных ВАК РФ, 1 научная статья в сборниках научных трудов и 2 доклада на международных конференциях

Структура и объем работы диссертация, состоит из введения, пяти глав, заключения, практических рекомендаций, списка библиографических источников, списка используемых сокращений, списка используемых рисунков и списка используемых Таблиц Общий объем диссертации 172 страниц основного текста, включая 93 рисунков и 57 таблиц

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражена азпуалыюстъ темы и направление научного исследования сформулированы цели, задачи работы и предполагаемые пути решения, описаны методы исследований Приведены основные положения, выносимые на защиту, изложены сведения о научной значимости, новизне и практической ценности результатов исследований, реализации и апробации работы

В первой паве рассмотрено расположения и общие географические и климатические сведения о Эфиопии, существующие энергетические ресурсы (Более 98% выработки электроэнергии поступает от гидроэлектростанций как показано на таблица 1 )[4]

Эфиопия - это страна развивающаяся как экономически так и социально, на котором годовое развитие ВВП составляет 7-11% Выработка электроэнергии планируется повысить в 11 раз к 2018 году Это позволит стране использовать электроэнергию в развитии разных отраслях, в том числе в транспорте Основных недостатки городских автобусов в городе Бахр-Дара и загрязнение атмосферы является основным фактором отрицательного воздействия транспорта на окружающую среду, полностью связанный с потреблением нефтепродуктов, его уровень постоянно возрастает (в противоположность другим секторам экономики) из-за увеличения объема автомобильных перевозок, несмотря на попытки снижения содержания вредных составляющих в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания

таблица 1.

Прогнозный баланс производства и поставок электрической эиергии Эфиопии в рамках ЕЭС на 2011 год (ГВт.ч).

] Системы/Источники 200С0Х 2001/02 [[ 2002/03 Г 2003/04 2004/05 | 2005/11/18* 1

1 эсс II II ' II ! II !

1 Гидравлический || 177« 1975Л ¡20071 | 2262.5 2321 2 | 5591,2 |

1 Дизельный II 01 | 211 15.8 18 4 1 |

1 Гидротермический 1 51 10 | 00 00 оо У ов |

I Всего || 17815 1976.3 20282 2278.3 2.539 6 5609,6 |

1 ЭАС || ||

[ Гцдр8ВЛИЧеСК1!Й || .5 5 166 16 5 16 6 17 9 17 9 |

! Дизельный II «8 16.5 19 0 215 31 1 ^311 |

1 Всего 1 303 331 35 5 381 49 0 49 0 ]

ЭСС + ЭАС II

| Гидравлический 1789» 1991 8 2023 6 22791 25391 5609,1

! Дизельный || 16 9 16 6 401 37 3 49 5 49 5 ]

| пиротермический 3 51 10 00 00 00 00 ||

! Всего |[ 1811.8 2009 4 2063 7 23164 2588 6 5658,6 |

[ Итого Л_!!_ 5658,6 |

* ЦРОГНОЗ м 2018.Г =9000 МВ1

2000/01 2001/82 2002/03 2003/0« 2004/05 2005/11

□ Гидротермический

в Дизельный

э Гидравлический

□ Всего

Рис.1. Производство электроэнергии системой и источником ,в ГВтч.

£1459.30

1776.7-

п запчасти штотиво ® ремонт

1 $12151.2

Рис.2.. Средний ежегодный объем финансовых расходов университета на проезд преподаватели и студентов.

Во второй главе выполнен исследования возможности применения электробуса проводится как на одном из транспортных полигонов, так и непосредственно в городских условиях г. Бахр-Дар (штат Амахра, Эфиопия).

Разработка предусмотрена для использования различных вариантов источников энергии для электробуса, предназначенного для перевозки студентов и сотрудников университета из одного кампуса в другой и в пределах центра города с остановками через 700м,(Рис.За).

Энергетический факультет расположен в центре города, а главный кампус -на окраине города Бахр-Дар. Их соединяет дорога с расстоянием 2,1 км., Профиль трассы (Рис.3.б), был определен по данным муниципалитета г. Бахр-Дар. (табица.2.).

Обозначение «А,Б, 6, ¡'»-штатные остановки

(а)

Главный кампус университета

Энергетический :ультет

г 100

[0

О 1 -10!

|,{%о] Н/КН

(б)

Рис.3. План дороги по фиксированному маршруту. Профиль трассы и высота участка над уровнем моря,

табица.2.

1 | . Номер | элементов. Высота участка над уровнем моря, Ь4М] Длина и арос >.путн элементов

Длина пути элементов, 1.|М! Профиля пути 1[ЗД=[Сак-н>5]'Ле00 ¡гр=7,05%о

Пункт А(Ъ = 1792)

1. 1792.80 79 10,13

2- 1793,02 242 0,91

1790,60 195 12.40 (

1 4. 4 1789.90 127 5,51 |

! 5. ! 789,96 ¡00 1,00 |

6. 1790,00 335 2,98

7. 1791,00 265 2,26

8. 1790,40 98 1,02

9. 1790,30 39 5.10

10. 1790.50 117 6.83

11. 1791,30 437 3,20

и. 1789.90 54 0.00

'3. 1789.90 12 33,30

Пункт Г(11=1789.5)

И

Были проведены тяговые расчеты движения электробуса от пункта "А" до пункта "Г" с промежуточными остановками "Б" и "В"

В качестве расчётного принят вариант электробуса с полной массой 15,6 т (включая пассажиров) и тяювым электродвигателем постоянного гока мощностью 110 кВт Максимальная скорость электробуса принята равной 60 км/ч Такой выбор сделан на основе анализа ряда троллейбусных маршрутов в г Москве, составленных с трассой в кампусе Бахр-Дара

Расчеты кривых движения в направлении А-Г выполнены графическим методом [1], а в направлении Г-А - аналитическим Результаты тяговых расчетов при движении в прямом и обратном направления приведены на базе ряд формула как в таблице 3

Таблица 3

Проведение тяговых расчетов движения электробуса

! № || 1 ¡1 2 || || п 1

1 ДУ || ДУ, ДУ2 ¡1 1 Ду„

У V) = Ду] у2= ДУ2+ ДУ] | уц= Ду„+ Ду„.!

Уср!= У1/2 УсР2= У1+ У2/2 1 Уср2= Уп 1+ Уц/2

/дер РстсрЬ^/г+Л) Рстср2,±^оТ2 + 12) 1 1 Рст ерП^С^о7!] + 1п)

Д1,=(31,5 Ду,)/ /д,сп1 > Д12=(31,5 ДУ2)//Д,ср2 4г„=(31,5 Ду»У/д,срп

Т,= А1, Т2=Т,+ Д12 Т„=тп 1+ д^

Д1 Ц Д11=( уср1 ДДО.б Д12=(уср1 Д12)/З,б А!„=( УфП 1 Д1,)Я,6

1=1 Д1 >1= дь 12=1,+ Д12 1 )„= 1„ 1+ Д1„

В качестве исходных данных принимаются электромеханические характе-рисгики электродвигателя ДК-107Г, взятые из справочной литературы [3]. Эти характеристики задаются при определенном напряжении и определенных ступенях возбуждения

У,[км/ч]

(2,83мин.)+3"%ст(3*20с)

Где: А- !„„= 321,3 м, ^ 28,15с; Б- Ъл,- 329,9м; 21,85с; В-1ч„=44,16м; ^ = 6,09с. 350,81 м; I,- 56,09с; Г-1„= 328,5 м; ^„=28,15с; Д- и* = 335,6м; и,=23,93с;Е- Ц»,-3213 м; Цр, = 5,3с. Ц = 291,98м;

57,38с; Ж-1рИГ=350,81м; г1вн=29,69с;3-1,ывсг=291,98м; 1,.Л:= 20,38с; И-1,„,.«40,72м; 1„„=5,31с.Ь, = 40.72м; 1,= 55,88с.

60- —

I * 2100м: Т = 169 5ЙС +З.ЩЗ'?Г)п)

Где. А^»299.87м; ^27,76с; Б-= 203,53м; 13,74с, В-1^= 65,9м; -4,69с; Г-и.-77,23м, 1..&- 5.33с;Д- и„ =53,16м; Ц,„-6,74с.С = 699,69м: 1с = 57,62с В^,» 321,94ч; 1,„=27,76с; Ж- 1,Ибо -335,53м; и«.,- 23,86с; 3- и,»-35,17м; ц,„- 5,ббс.Т- 692,64м; [т- 57,28с.И- 284,89м; 25,39с;Й- и»- 95,03м и«.-6.04с; К- 66,56м; Ц«„=4,38с; Л- 1>Ы(1Г= 174,7м; 12,17с;Р- 1„,„ = 47,26м; 1^,= 6,7с. У= 698,44м; Ь» 54,68с

Рис.4. Кривые движения электробуса У(1),в прямом (а), и обратом (б)

направлении.

Кривые движения У=ф(1) и ? = ф(1) строятся в прямом направлении графическим методом по реальному профилю, в обратном направлении расчетно-графическим методом по среднему профилю.

Расход электрической энергии при движении электробуса определяем на основании кривых движения по функциям 1(з) и ^б);

А= А = -)р-п 3600 1

=—- \р-1=и~ 17-а*и-Уг ап

3600 * 3600 ^ ^ с°

=и \Jcpi ■+КР1 • ■+1Ф ■ А'з+..............+■ К ] ;[®Н

где. А- потребляемая энергия, [Вт.ч.] ; Р- потребляемая мощность, [Вт].; время в сек,

и- Номинальное/максимальное напряжение, [В];1- ток тягового электродвигателя, [А]

Результаты расчёта расхода энергии на движение электробуса приведены в Таблице 4а,б

таблице 4а

Наименование движения электробуса Энергия разгона, А™, [Вт. 41 Энергия торможения, А И№ [Вт. 41 А хита — А реку [Вт ч]

Расход энергии ЭПС с тяговым двигателем ДК-207г 1оп> участка в прямом и обратном направлении (Рис 2, а ь б,) а,) 1180,812 60 1232,642 а,) 266,75 6i) 293,430 а,) 914,062 60 939,212

Расход энергии ЭПС с тяговым двигателем ДК-207г 2оп> участка в прямом и обратном направлении (Рис. 2, а2,б2) а2) 1165,954 6¡) 1165,954 а2) 240,10 б2) 208,95 а2) 925,854 60 957,004

Рясхот энергии ЭПС с тргоным двигателем ДК-207г Зога участка в прямом и обратном направлении (Рис. 2, а3, б31 аз) 1238,745 бз) 1431,731 а3) 284,50 бз) 302,30 аз) 954,245 бз) 1129,431

Игого для 1огс варианта («-►) 7415,838 1596,03 5819,81

¡Итого для 2°™ варианта (—>) ¡ 1 3585,511* 791,35 2794,161 J

Итого д.ш 30П> варианта (<—) ¡ | 3830,327** 804,68 3025.647

1 * Лтяга только на одном направления (из станции «Л» в станции «Г» 1 ** Атяга только на обратном направлении (из станции «А» в станции «Г»

таблице 4 б

Результат расчета расхода энергии, необходимое для потребления зпектробуса

1 Расстояние между кампусами - гуда и обратно, [км] 4,2

2 Вес электробуса с пассажирами [т] 15,6

3 Тт}да-обратно"К'*20, [СсК] 478,8

4 Асв,= (Рш Тт>да-с<>рото+7*20)/3600, где, Р =2кВт, [Вт ч] 266,14

5 Уишльл, Ау^ХАтиа+Асн / т 2 Ъ),[Вт ч/ т км] 117,25

6 АКсго,[Вт ч] 7681,98

7 30% Аессго, запас энергии [Вт ч]. 2304,54

8 АИГОго[Вт ч! 9986,37

9 Аетого[кВт с] или [кДж] 35950,16

50 Аиоге. Туда и Обрэтно [мДж] » ЗбМДж

Пслученные результаты расхода энергии на движение электробуса с учетом энергии рекуперативного торможения перед остановками являются исходными данными для выбора бортового накопителя энергии

Результаты проведенного тягового расчета движения электробуса по заданному маршруту позволяют получить расчетную энергию, которой должен обладать бортовой накопитель энергии При расчетном режиме работы тягового электропривода она может быть равна

Арасч Атяга — Ар^

Однако в качестве окончательной величины лучше выбрать полную энергию для обеспечения всего режима движения "туда и обратно", рассматривая возврат энергии в накопитель при рекуперативном торможении как некоторый резерв, обеспечивая тем самым безотказное движение электробуса даже при непредвиденных срияах рекуперации

Следует при этом учесть также энергию, необходимую для обеспечения работы собственных нужд электробуса, так как накопитель энергии -единственный источник энергии на нем

Таким образом,

Арасч Атяга АсН

где Ага - энергия собственных нужд, принимается равной 2 кВт С учетом изложенного получаем

Арасч = 8000 вт ч = 8000*3600 =28800000 вт с ~ 28,8 мДж

В третьей главе выполнен анализ различных видов накопителей энергии (НЭ) электрохимических (ЭХН), включающих аккумуляторные батареи (АБ), индуктивных (ИдН), сверхпроводящих (СПН), теплоэлектрическич (ТНЭ) с тепломеханическими преобразователями (ТМП), инерционных (ИН), пневмо-, воздуха- (ВА), гидроаккумуляторов (ГА), механических (ИМНЭ), электромеханических (ЭМНЭ), гибридных видов накопителей (ГНЭ), емкостных (ЕН), в том числе конденсаторов двойного электрического слоя (КДЭС) и гибридных электрохимических конденсаторов (ГЭХН), (Рис 6)

На основе анализа, проведенного по выдвинутым критериям, предъявляемым для обоснования работоспособности отдельных типов НЭ, установлено, что наиболее целесообразным, перспективным и удовлетворяющим основным требованиям для внедрения в электротранспортаый комплекс является накопитетьный элемент на базе конденсаторов двойного электрического слоя

Кинематическая и потенциальная энергии ТС

Рис,6. Структурная схема преобразования кинетической и потенциальной механической энергии транспортного средства при торможении.

100 «f 10* 105 Ресурс, циклы

Рис.7. Сравнительный анализ различных накопителей энергии по ресурсам.

Кап, Затраты на единицу мощности. $/кВг.

Рис.8. Сравнительный анализ различных накопителей энергии по стоимости.

В четвертой главе показан один из эффективных способов использования энергии электрических торможении в электротранспортом комплексе накопительных устройств

Коктиггная сеть I (источник энергии)

(зарядное устройство)

и__/ч| и.1 (Преобразователь I

П.0П.ПЛ1, К—^ |

(а)

Электродвигатель (элеетромвхаьичи

СКИЙ

[ првоСрдоаатель)

(б)

Рис 9 Структурная схема электробуса с портовым питанием, НЭ а-Последовательные соединения и б- Параллельные соединения

Оценить величину снижения электропотребления электробуса за счег эффективного использования энергии электрических торможении можно путем первоначального определения и последующего сопоставления долей энергии, потребляемой в тяговом режиме и генерируемой в режиме электрического торможения с учетом расхода электроэнергии на единицу транспортной работы в размеренности Вт ч/м км

В пятой глазе предложны возможные выполнения силовой схемы электробуса с использованием современных элементов силовой электроники и предложен метод моделирование работы тягового электропривода для автономном электротранспорта

Была рекомендована модель тягового электропривода электробуса на основе исследования Слепцова М А и Аносова В Н опубликованного в прошлом году (в вестнике МЭИ, №4) В этой статье была разработана сравнительная система анализа тягового электропривода автономных транспортных средств, на котором аккумуляторная батарея было источником энергии Аналогично можно взять схему математической модели для выбора принципиальной силовой схемы и анализа совместной работы тягового электропривода и накопителя энергии суперкондинсатора

Заключение

В ходе выполнения диссертационной работы получены следующие основные результаты

1 Проведенный анализ методов энергетических расчетов электротранспортного комплекса показал, что практически все они не учитывают влияние случайных факторов на характер движения городского электрического транспорта и вносят существенную погрешность при определении энергии транспортного средства в процессе движения Выполненные экспериментальные исследования по оценке энергобаланса транспортной единицы позволили получить среднестатистическую величину энергии электрических торможений,

2 Сравнительный анализ существующих накопителей энергии позволил выработать требования, предъявляемые к накопительным устройствам городского электрического транспорта, и выбрать в качестве такого устройства конденсаторы двойного электрического слоя, позволяющие наиболее рационально использовать энергию электрических торможений транспортных средств

3 Рассмотрены различные варианты схемных реализаций и использования накопительных устройств проведено обоснование рационального их внедрения в систему городского электрического транспорта В результате выполненных расчетов показано, что наибольшая эффективность использования энергии электрических торможений достигается при внедрении накопительных устройств на электроподвижном составе, что гакже повышает динамические и энергетические показатели транспортного средства в целом и позволяет получить автономность хода до 2-3 километров

4 Предложен метод и проведены расчеты по выбору основных параметров накопительного устройства электроподвижного состава Выполнен анализ, направленный на выявление рациональной величины энергоемкости накопителя с учетом изменения массы транспортного средства и вероятностного диапазона начальных скоростей торможения Разработана принципиальная электрическая схема силовых цепей электробуса с накопительным устройством

7 Использование накопительных устройств на электроподвижном составе мажет дать суммарную экономию электроэнергии от 14 до 22% в системе городского электрического транспорта в целом

Дальнейшие исследования по рассматриваемой проблеме должны быть направлены на более 1Л)бокий анализ процессов, происходящих при совместной работе аккумуляторных батарей и накопительного устройства, оптимизацию их параметров, а также на совершенствование схемных решений силовых электрических цепей электробуса с накопительными устройствами для перевозки студентов, преподавателей и сотрудники университета

Практические рекомендации

1 Приведенные расчеты показали возможность создания транспортного средства с емкостным накопителем для перевозки пассажиров в кампусе энергетического университета г Бахр-Дар

Благодаря тому, что минимальное значение уклона и отсутствие кривых в конкретном кампусе позволяет получить небольшое значение основного сопротивления движения, что облегчает работу накопителя энергии

Результаты расчетов расхода энергии, необходимые для потребления электробуса в два конца, было найдено около 36 мДж А в один конец было найдено 20 мДж, в зависимости от необходимости зарядного устройства, расположенного на двух кампусах

Обеспечивает рекуперативное торможение электробуса до потной остановки при сохранении энергии накопителя для использования этим же электробусом для пуска, Расширяет зону действия подвижного состава на участки, где есть дорога с одинаковым расстоянием и профи тем пути

Улучшает экологические характеристики электрического транспорта, возникающих при использовании автобуса, нет проблем ремонта спец частей, присущих транспортным средствам с контактной сетью Из этого следует, что электробус является одним из наиболее эффективных видов транспорта

Основные положения диссертация отражены в следующих публикациях:

1 Тадивосе Зевде Тассеу, М.А Слепцов Пассажирский электробус для Университетского кампуса в г Бахр-Дар,(Эфиопия) Вестник МЭИ, № 5,М изд-во МЭИ,2007,с 63-67

2 Тадивосе Зевде Тассеу, Анализ возможности применения электроподвижного состава дтя транспортировки между кампусами университета в город Бахр-Дар, Эфиопия "12-ая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов",2-3 марта 2006г том 2, МЭИ,с 201,Москва

3 Слепцов.М.А., Тадивосе Зевде Тассеу, Гибридные энергетические установки для тягового электропривода Труды V международной (XVI всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу " АЭП-2007 '-Санкт-петербург изд-во " Новекс",2007,с 540-541

4 Тадивосе Зевде Тассеу, "Альтернативный ЭПС и требуемый расход энергии для транспортировки на коротких и фиксированных маршрутах между кампусами университета в г Бахр-Дар,(Эфиопия)" Естественные и технические науки, М изд во "Спутник" № 5,2006,с 235-241

V

Подписано в печать В ОЬ'ЛгЗяк. Тир. МС Пл. Полиграфический центр МЭЙ (ТУ) Красноказарменная ул., д. 13

Список, используемый сокращений.

Аннотация.

Введение.

ГЛАВА. I 1. РАЗВИТИЕ ЭЛЕКТРОБУСОВ В МИРОВОЙ ПРАКТИКИ.

1.1. Введение.

1.1.1 История о троллейбусе/электробусе/.

1.1.2. Современное состояние социально-экономического положения

Эфиопии.

1.1.2.1. Общие географические и климатические сведения.

1.1.2.2. Гидроресурсы Эфиопии.

1.1.2.3. Электроэнергетика Эфиопии.

1.1.2.4. Солнечная радиация, температура и скорость ветра города Бахр-Дара.

1.1.2.5. Транспорт и связь Эфиопии.

1.1.2.6. Выводы по первой главе.

2. ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫЙ ТРАНСПОРТ XXI ВЕКА.

2.1. Потребление энергоресурсов.

2.2. Выводы по,главе.28>

ГЛАВА. II З.ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ- ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ

ГИБРИДННОГО ЭЛЕКТРОПОДВИЖННОГО СОСТОВА.

3.1. Введение.

3.1.1. Анализ пассажиропотоков на данном фиксированном маршруте между кампусами университета г.Бахр-Дар.

3.2. Исходные данные для расчета кривых движения электробуса.

3.2.1 .Принципиальная силовая схема.

3.2.2. Построение кривых движения.

3.2.3. Определение эффектного и среднего тока двигателя ДК-207-Г5 и расхода энергии электробуса.

4. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ КРИВЫХ УДЕЛЬНОГО ОСНОВНОГО

СОПРОТИВЛЕНИЯ ВИЖЕНИЮ.

4.1. Способы регулирования скорости при пуск электробуса.

4.2. Электромеханические характеристик ТЭД типа ДК-207Г5.

4.3. Кривые удельного основного сопротивления движению, Н/кН.

4.4. Обработка профиля и плана пути для тяговых расчетов.

4.5. Анализ профиля пути и выбор расчётного и кинетического подъёмов.

4.6. Построение кривых движения.

4.7. Мето ды< расчета и построения кривых движения.

4.8. Графоаналитический способ построения кривых движения.

4.9. Графические способы расчета кривых движения.

4.10. Определение расхода энергии по кривым движения:.'

4.11. Расход энергии на движение электробуса.

4.12. Результаты расчета расход энергии данного электробуса с учетом энергии рекуперации.

ГЛАВАЛП 5.ПРИМЕНЕНИЕ СК БАТАРЕЙ В ГОРОДСКОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ

ТРАНСПОРТЕ С ФИКСИРОВАННЫМИ МАРШРУТАМИ.

5.1. Основные технические характеристики отдельного элемента конденсатора.

5.2. Расчет эффективности рекуперации при использовании емкостного накопителя энергии, установленного на платформе транспортного средства.

5.2.1. Определение технических требований к конденсаторной системе в составе электропривода электробус.

5.2.2. Конденсаторные системы в составе электропривода электробуса

5.2.3. Конденсаторные модули для систем накопления энергии торможения, предназначенные для электробусе.

5.2.4. Конденсаторная система на электробусе. 96 б.СВЕРХЪЕМКИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ КОНДЕНСАТОРЫ.

6.1. Введение.

6.2. Достигнутые характеристики суперконденсаторов.

6.3. Мировой Спрос на малогабаритные суперконденсаторы в зависимости от емкости.

6.4. Области применения мощных энергоемких суперконденсаторов.

6.4.1. Применение СКН батарей в городском электрическом транспорте с фиксированными маршрутами.

6.4.2. Сравнительный анализ тяговых суперконденсаторов с современными аккумуляторными батареями.

6.5. Тяговые источники энергии для электротранспорта.

6.5.1. Технические характеристики энергоемких конденсаторов, выпускаемых ЗАО«Эсма».

6.5.2. Технические характеристики энергоемких конденсаторов, выпускаемых МНПО «Эконд».

6.5.3. Технические характеристики энергоемких конденсаторов, выпускаемых корейской фирмой «Нэсс».

6.5.4. Технические характеристики энергоемких конденсаторов, выпускаемых американской корпорацией «Пауэр Кэтч

Максвелл т Текнолоджис)».

6.5.5. Технические характеристики энергоемких конденсаторов, выпускаемых шведской фирмы «Монтеня».

6.5.6. Сравнительный анализ тяговых суперконденсаторов российских и зарубежных производителей. rJIABA.IV 7.РАСЧЕТ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕКУПЕРАЦИИ ПРИ

ИСПОЛЬЗОВАНИИ ЕМКОСТНОГО НАКОПИТЕЛЯ ЭНЕРГИИ,УСТАНОВЛЕННОГО НА ПЛАТФОРМЕ

ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА.

7.1. Конденсаторные системы в составе электропривода электробуса.

7.2. Технические требования к СКН.

7.2.1. Расчет эффективности рекуперации.

7.2.2. Расчет величины необходимой конденсаторной системы для использования энергии торможения.

7.2.3. Технический требование к СКН.

8.НАКОПЛЕНИЯ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПОДВИЖНОГО

СОСТАВА ПРИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ТОРМОЖЕНИИ.

8.1 Рекуперация энергии на конденсаторную батарею.

8.2. Использование конденсаторной батареи в качестве источника энергии при выезде электробуса из станции."А" в станции.'Т".

8.3. Адаптация электрических параметров конденсатора типа ЭК-404(303) электрическим параметрам электробуса.

8.4. Методика расчета энергии конденсаторов батареи для типового режима движения электробуса на стандартном перегоне при различных подъемах.

ГЛАВА.V 9.СХЕМЫ СИЛОВЫХ ЦЕПЕЙ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ.

9.1. Устройство регулирования тягового электропривода с накопителем энергии.

9.2. Рекуперативное торможение на конденсаторный накопитель.

9.3. математическая модель тягового электропривода электробуса.

Выводы.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ РИСУНКОВ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ТАБЛИЦ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ГЭС - Гидроэлектростанция

ЭСС - Электрическая связанной системы

ЕЭЭС - Единая электроэнергетическая система

ЭАС - Электрическая Автономная система

ЭПС - Электроподвижной состав

КПД - Коэффициент полезного действия

АБ - Аккумуляторная батарея

АС - Аккумулирующая система

ЭЭС - Электроэнергетическая система

АТС - Исследование автотранспортных средств

КЭУ - Комбинированные энергоустановки

Две - Двигатель внутреннего сгорания

КЭУ - Комбинирование энергоустановки

ПТР - Правила тяговых расчётов

ТИП - Тиристорно-импульсивный преобразователь эде - Электродвижущая сила тэд - Тяговый электродвигатель ов - Ослабленные возбуждения эк - Электрический конденсатор нэ - Накопитель энергии нээ - Накопитель электрической энергии

УК - Ультраконденсатор кдэс - Конденсатор двойной электрический слой эхн - Электрохимические накопителей энергии

ИдН - Индуктивные накопителей тнэ - Теплоэлектрическая накопитель энергии эмнэ - Электромеханическая накопитель энергии тмп - Тепломеханическая накопитель энергии гнэ - Гибридных видов накопителей

ESR - Эквивалентно-последовательное сопротивление скн - Суперконденсаторный накопитель ппнт - Преобразователь постоянного напряжения и токов

ЗИУ-5 - Базовый электроподвижного состава

ДК207-Г - Модель двигателя постоянного тока

С1ТЕРА/ЦИЗА - Центр исследований по загрязнению атмосферы

АННОТАЦИЯ

В этой диссертационной работе Рассчитаны пуска -тормозные диаграммы и проведены тяговоэнергетические расчеты движения электробуса.

Разработана силовая схема электропривода электробуса с автономным ходом с тяговым электродвигателем ДК207-Г и произведен выбор основных элементов силовой схемы.

Разработана функциональная схема блока управления электробуса с автономным ходом, а также схема преобразователя постоянного напряжения для цепи управления, определен расход электрической энергии электробуса для данного маршрута общественного транспорта, проведен обзор и сравнительный анализ суперконденсаторов российских и зарубежных производителей.

Проведен сравнительный анализ сверхоемкосных конденсаторов с современными аккумуляторными батареями.

Произведен выбор суперконденсаторов для установки на электробусе с автономным ходом, фиксированного маршрута между кампусами университета г. Бахр-Дар, длинной 2,1 км.

Проведены расчеты экономической эффективности использования электробуса с накопителем энергии в режиме автономного хода для одного маршрута в г.Вахр-Дара, электробезопасности при обслуживании электрооборудования электробуса с автономным ходом /фиксированным маршрутам /.

В связи со сложившейся неблагоприятной обстановкой интенсивного городского движения, частых заторов, а также ввиду необходимости экономии электроэнергии, создание электробуса является актуальной задачей.

Поставлена задача создания электробуса, который может обеспечить автономный ход при отсутствии контактной сети.

Одним из возможных решений этой работе является установка накопителя энергии на подвижном составе.

Это позволяет решить множество проблем, связанных с организацией движения на маршрутах, экономией электроэнергии и некоторых аварийных ситуациях.

Накопитель энергии открывает новые возможности, как то:

1) Возможность сохранения работоспособности при отсутствии контактной сети и топлива для автобусов, предназначенных для подвозки студентов и сотрудников университета;

2) Возможность объезда заторов;

3) Возможность организации движения отдельных участков при отсутствии контактной сети. При наличии такого подвижного состава решается проблема дополнительных капитальных вложений в установку контактной сети; поскольку, на данным момент в Эфиопии не существуют тяговый подстанции,(только что, в начале 2007г. построен троллейбусный завод недалеко от г. Бахр-Дара, по соглашению с ТРОЛИЗА ОАО "Троллейбусный завод".)[29] ;

4) Возможность использования рекуперации полностью, т.е. при наличии накопителя в режиме торможения происходит рекуперации электроэнергии на накопитель.

При этом в задачу входил обзор нового направления накопителей, рассмотрение их параметров и возможностей. Современные технологии и разработки последних лет позволили использование современного накопителя энергии - так называемого молекулярного конденсатора или суперконденсатора, который имеет значительные преимущества не только перед обычным конденсатором, но и перед современными аккумуляторными батареями.

Выводы

1. Существующая электроэнергетическая система Эфиопии обеспечивает возможность широкого использования электрического транспорта.

2. Проведенные расчеты и разработки показали возможность создания транспортного средства с емкостным накопителем для перевозки пассажиров эВ кампусе энергетического университета г. Бахр-дар в Эфиопии.

3. Предложенная система тягового электропривода электробуса обеспечивает высокие экологические характеристики, снижение энергопотребления за счёт полного использования энергии электрического торможения на его движения и повышенную маневренность.

4. транспортные средства с бортовыми источниками энергии на основе суперконденсаторных модулей могут эффективно использоваться на обособленных маршрутах, обеспечивая стабильности технологического процесса пассажирских перевозок и высокую оборачиваемость транспортных единиц.

5. Электробус позволяет отказаться от сооружения и эксплуатации системы тягового электроснабжения (тяговые подстанции и контактная сеть).

6. Высокие значения удельной мощности суперконденсаторов обеспечивают реализацию высоких динамических характеристик транспортного средства (максимально допустимые ускорения и замедления), что способствует снижению энергопотребления.

2.1. Заключение

Ускорение научно-технического прогресса на транспорте в современных условиях - задача многоплановая, сложная и капиталоемкая, но она должна быть решена, так как не существует другого пути для выхода транспорта на уровень, отвечающий всем перспективным требованиям общества.

Современная жизнь характеризуется бурным развитием науки и техники во всех сферах человеческой деятельности. Этот процесс предопределяет более быструю смену характера техники и технологии во всех отраслях народного хозяйства, включая и сам транспорт.

В наше время научно-технический прогресс развивается лавинообразно: в прошлом от возникновения идеи до ее реализации проходили столетия и десятилетия, теперь — нередко считанные годы.

В результате происходит быстрое моральное старение техники, возникает необходимость все в новых и новых открытиях. Новые виды транспорта призваны облегчить жизнь человека, сделав ее еще более комфортной, но при этом от них требует соблюдение всех экологических норм, которые с каждым днем становятся все жестче.

Новые виды транспорта, краткая характеристика которых была дана в этой работе, являются лишь малой часть всех тех усовершенствований, которые сделаны человеком за последние несколько лет.

Одни из них являются ныне действующими системами, другие ожидают введения в эксплуатацию после идущих в настоящее время испытаний, третьи -слишком дорогостоящи на сегодняшний день (но и они могут воплотиться в жизнь в ближайшем будущем). Но все они уже сегодня помогают обществу решить те насущные проблемы, которые возникли в результате деятельности людей, и этот процесс уже нельзя остановить.

В современных условиях, когда цены на энергоносители постоянно растут, важнейшей задачей является снижение потребления энергии. В сфере электрического транспорта ведется большое количество разработок, направленных на снижение его энергоемкости, но, с другой стороны, важной проблемой является рациональное использование электрической энергии. [20]

I I. is ' - 1 '

Глава II

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ- ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ ГИБРИДННОГО ЭЛЕКТРОПОДВИЖННОГО СОСТОВА

3.1. Введение

1 1

На всем протяжении развития человеческой цивилизации транспорт играл важную роль. На современном этапе значение его неизмеримо выросло. Сегодня существование любого государства немыслимо без развитого транспорта.

В XX в. и в особенности во второй его половине произошли гигантские преобразования во всех частях мира и областях человеческой деятельности. Рост населения, увеличение потребления материальных ресурсов, урбанизация, J научно-техническая революция, а также естественно-географические, экономические, политические, социальные и другие фундаментальные факторы привели к тому, что транспорт в мире получил невиданное развитие как в масштабном (количественном), так и в качественном отношениях. > , 1 ~

Наряду с ростом протяженности сети путей сообщения, традиционные виды транспорта подверглись коренной реконструкции, значительно увеличился парк подвижного состава, во много раз поднялась его провозная способность, повысилась скорость движения. ,

В то же время многие транспортные проблемы,, особенно экологические вышли на первый план, преимущественно в городах, и обусловлены они чрезмерным развитием автомобилестроения с двигателями на. жидком топливе.

Дальнейший прогресс транспорта требует использования последних, постоянно обновляемых результатов науки и передовой техники и технологий. Необходимость освоения возрастающих грузовых и пассажирских потоков, усложнение условий для сооружения транспортных линий в мегаполисах, в необжитых, трудных по топографии районах, стремление повысить скорость сообщения и частоту движения транспортных единиц, необходимость улучшения комфорта и снижения себестоимости: перевозок - все это требует совершенствования не только существующих транспортных средств, но и поиска новых, которые могли бы более полно удовлетворять предъявляемые требования^ чем традиционные виды транспорта.

К настоящему моменту разработаны и реализованы в виде серийных или опытных образцов несколько новых видов транспортных средств, хотя значительно больше существует в виде проектов, патентов или просто идей.

Следует, иметь в виду, что большинство так называемых, новых видов . транспорта в принципе предложены много, лет назад, но они. не получили, применения и ныне повторно предлагаются или возрождаются на современной; технической основе.

• ■ ■ ' . . ■г

Одним из городов нуждающихся в современном экологическом транспорте является город Бахр-Дар, который находится на север западе

Эфиопии. В этом городе находится один из крупных университетов -1

Университет Бахр-Дар, который имеет более 20.000,учащихся. -' г; { <■ . I

Для обеспечения учебной и социальной программы • университета, требуется создать надежный и экономичный вид транспорт для маршрута между кампусами университета.

Электрическая тяга является одним из наиболее эффективных видов транспорта. • . \ р •.■■;■■■

Она широко применяется'.нау. магистральном, пригородном,, промышленном и городском транспорте. .и правильный выбор .её параметров возможен только после проведения тяговых расчетов.

Для приближения к реальным условиям выполнение'расчёта ведется на базё'существующего типа подвижного'1 состава:"' ''" 1 : Л

Тяговые расчеты являются прикладной частью теории тяги и позволяют решать многочисленные практические задачи,' возникающие при проектировании и эксплуатации электрического транспорта! '' "'V

Кчислу важнейших задач относятся:: "' 1

0;. Определение масса электроподвижного: ; состава г.при заданном: , типе ■ электробуса, в соответствии с профилем^ скоростью'движения и временем, хода по участкам и отдельным перегонам; н Определение , необходимых параметров электробуса,, длят обеспечения заданной пропускной и провозной способности участка; н Составление графика движения электробусов - основного документа работы электрического транспорта; н выбор наиболее рационального размещения , станций, остановочных и

раздельных пунктов при проектировании электробусных линии;: IS Определение параметров системы энергоснабжения/источниковэлектробусных питания, определение их мощности,.расчёт тягового.»:. ;. электропривода и другое. ; ; . .

На электрическом транспорте Россишметоды-производства тяговь1х расчётов и необходимые для их выполнения нормативы. регламентируются . правилами тяговых расчётов (ПТР): . ; rv

3.2. Для функционирования электрического транспорта в кампусе университета существуют некоторые предпосылки:

У Надёжные и постоянные источники для:производства электроэнергии.-(в Бахр-Даре находятся три-гидроэлектростанций). • • - ' 1 .1

• Возможность сократить, финансовые-зат^ автомобилей; в Расстояние между кампусами достаточно большое (~ '3км), так что ■ : . ; требуется транспорт с достаточной скоростью wмалыми;интервалами движения для обеспечения нормальной работы университета. - Л----- -;,.'-Большое число студентов потребовало введения пассажирского транспорта достаточной;вместимости.^ ; . •. ;. . : v . : в Необходимо имеет постоянное сообщение между кампусами через -1-1.5 часа в течение большей части сут6к;: . : - ; ;

• При наличии такого транспорта студенты смогут отказаться от большого числа велосипедов, (рис.ЗИ). в Жители, живущие вдоль дороги между кампусами, также будут иметь возможность пользоваться транспортом,^рис.4.22). / .

• Возможно использовать для электробуса фгьтернативныё источники энергии, посколькустранане имеет не имеет собственных входов к . морским путям, так как это уменьшает затрат денежных средств. :

• Большое число часов солнечного- сиянияпозвоМет.накаплив^ энергий^ для источников тока. . ^ ' Л"'.'. Т. Г.'

• Большое количество городских автобусов столиц^ ' капитальный ремонт.(рис.3.2.) " * ' ' " ' ' " " ; ' "

Рис. 3.1. Существующие средство транспортировки в университете, а и б.

Рис. 3.2. Большое количество городских автобусов сталицы нуждающеся капитальный ремонт.(съемки взято только из двух мест гараже)

Работы электробуса будет проводить на одном из транспортных полигонов, непосредственно в городских условиях г. Бахр Дар (штат Амахра, Эфиопия). Разработка будет предусматривано испытания вариантов источников энергии для ЭПС предназначенного для провозки студентов и сотрудников университета из одного кампуса в другой, в пределах центра города с 2 остановками через каждые 700м, (рис.4.22), и максимальной скоростью 60 км/ч.

•:'■■■ 33

Была выполнино тяговый расчет -для электробуса с электроприводом постоянного тока (энергонакопителем- суперконденсатор), при этом: произвести спрямление и приведение профиля пути, определить массу электробуса •', построить кривые скорости, времени хода по перегону, потребляемого тока в функции пути, произвести расчет общего и удельного расхода электрической энергии на тягу электробуса.

3.1.1. Анализ пассажиропотоков на данном фиксированном маршруте между кампусами университета г.Бахр-Дар

Транспортные и пассажирские потоки

Городские транспортные потоки представляют собой движение транспортных средств (подвижных единиц) По уличной дорожной сети города, определяемое объективными потребностями в перемещениях грузов и пассажиров и ограниченное конфигурацией самой сети и системами» регулирования движения. Подвижные единицы . в составе единого транспортного потока осуществляют перевозку пассажиров. "

В соответствии с этйм выделяют пассажирские потоки. Кроме того^ внутригородские передвижения людей . происходят в форме пешеходных потоков. ' ■'.'■' ■//.^'/■ : " :

Движение транспортных потоков оценивают по их структур^ скорости, наличию технических средств регулирования и способов организации,': уровню безопасности движения, а также по количественным показателям/ характеризующим процесс движения как физическое явление. >г.

Для решения этих и других проблем в Эфиопии создано министерство' транспорта,. которое ' комбинирует, определяет, делает работу (транспортных предприятий)' и организаций законной. Задачей его . срстоит из ряда административных ' проблем и удовлетворения потребности'-населения и экономических отраслей. '::■ •• :

В Эфиопии положение транспортной отрасли в последние время стало критическим, в том числе в быстро-развивающем учебном заведениях. ;

Это потому' что численность студентов в разных регионах; возрастает каждый год. Это обусловлено, прежде всего, системой организации' перемещения пассажиров на транспорте, ее совершенством, остановкой научно-; технического процесса и финансирование ' . этой /^отрасли, . устареванием подвижного состава в стране и многое другое. ' ' ; "

Для учета разнородности потока используют, коэффициенты приведения к условной единице, за которую принимают легково^автомобиль и автобус., . '

Городской электрический транспорт в основном выполняет пассажирские; перевозки, однако, при решении ряда задач -организации /.движения/ГЭТ," приходится учитывать наличие сложного, смешанного; транспортного потока,, движущегося в попутном, встречном^ и^^^ перёсекающем/направленй данном фиксированном маршруте в " основном ' не требуетv смешивать с транспортной системой города.

Пассажиропотоком называется количество пассажиров, которое перевозим или должны перевезти за определенный период времени в одном направлении.

1. I.N. Varakin, е.а. in Ргос. of «The 7th International Seminar on Double Layer Capacitors and Similar Energy storage Devices" December 7-10, 1997, Deerfield Beach, Florida, USA.

2. Г.М. Varaicin, e.a. in Proc. of "The 9th International Seminar on Double Laer Capacitors and Similar Energy storage Devices" December 6-8, 1999, Deerfield Beach, Florida, USA.

3. Варакин И.Н., Клементов А.Д., Литвиненко С.В., Стародубцев Н.Ф., Степанов А.Б.; Декабрь 7-9, 1998, Дерфилд Бич, Флорида

4. Эфиопская электроэнергетическая корпорация (ЕЕРСО), http://www.eepco.gov.et.

5. Конденсаторные системы для троллейбусов; www.kolesa.ru/news/id/7518.html. 7 В.Г.Герасимоа, П.Г.Грудинского, В.А. Лабунцова, И.Н. Орлова.

6. Электротехнический справочник #3 книга вторая», 1988г.

7. Розенфелд В.Е., Исаев И.П., Сидоров Н.Н. Теория электрической тяги: Транспорт, 1983 — 328 с.

8. G. Savelli, P. М Holstein. Revue Gfinfirale des Chemist de Fer, 1998, N 5, p.25 29 http://www.css-mps.ru/zdrn/03-l 999/8351 .htm

9. А.А.Мельберт, О.А.Лебедева, А.А.Новоселов, "Экологически чистый транспорт XXI века,09,2002, http://www.vaz.ru/pdf.phtml?id=612

10. Б. Г. Хорович,Состояние и перспективы применения троллейбусного транспорта В городах, Международный Союз Общественного Транспорта-International Association of Public Transport, 10/2003.

11. Карта Эфиопии, http://www.bigpi.bivsk.ru/encicl/articles/65/1006523/0005898G.htm13. "Транспортная инфраструктура Эфиопии" http://www.africana.ru/lands/Ethiopia/index.htm

12. Nasa-Surface meteorology and Solar Energy, Fri Nov 24 09:36:49 EST 2006, http://www.eosweb.larc.nasa.gov/sse/

13. Economy of Ethiopia, http://en.wikipedia.org/wiki/

14. Электробус и грузовик с электрохимическими конденсаторами в качестве единственного источника энергии, Joint Stock Сатрапу, ESMA

15. Сверхъемкие электрохимические конденсаторы. Что это такое?

16. ЗАО "ЭСМА". Россия, Московская обл.

17. Суперконденсаторы-помощники или возмщжные конкуренты батарейным источникам питания, электроника:Наука,Технология, Бизнес 3/2003.

18. Варакин И.Н., Клементов А.Д., Литвиненко С.В. Мощностные характеристики конденсаторов ЭСМА. 9-ый международный семинар по конденсаторам с двойным слоем и подобным накопителям.

19. Декабрь 6-8. 1999. Флорида, США.

20. Суперконденсаторы. Мировые рынки, технологии и возможности: 1999 — 2004 гг. Paumanok Publications, Inc. INSBN 1-893211-05-3.

21. Electrochemical Supercapasitors Scientific Fundamentals and Technological Applications B.E. Conway, 1999. Электронные компоненты, 2000, №5.

22. M.A. Слепцов, B.A. Глушенков,"конденсаторы и накопителем" Вестиик ГЭТ России № 4(61) 2004 г.

23. Варакин И.Н., Степанов А.Б. «Конденсатор с двойным электрическим слоем»,

24. Федеративная Демократическая Республика Эфиопия, http://ru.wikipedia.org.26. «ТРОЛЗА» Troliza ОАО 'Троллейбусный завод, http://bytrans.by.ru.

25. Суперконденсаторы ЭСМА и их характерстики, www.ecma-cap.com

26. Теория и расчёт электрооборудования подвижного состава городского электрического транспорта. М., «Высшая школа», 1976, Ефремов И.С., Косарев Г.В., с.ЗЮ

27. Ethiopia, Russia Sign Trolley Bus Importation, Production Accord, Posted to the web September 25, 2006. www.ethpress.gov.et/Herald/.

28. КАТАЛОГ троллейбусов ТролЗа, http://www.rosaauto.ru/trolza/

29. Аккумулирование энергии на железных дорогах, Н. Negishi et al. Japanese Railway Engineering, 2002, № 148 p. 21 25. http://www.css-rzd.ru/zdm/06-2003/03009-2.htm

30. Rail International, 2004, № 4, p. 16 23. http://www.css-rzd.ru/zdm/07-2004/04910-4.htm

31. R. Brecka. Railvolution, 2004, № 4, p. 82 88. http://www.css-rzd.ru/zdm/10-2004/04158-2.htm

32. Электробус Нурбей ГУЛИА. Сергей ЮРКОВ http://n-t.ru/tp/ts/nke.htm

33. Слепцов.М.А.,Тадивосе Тассеу Зевде. Гибридные энергетические установки для тягового электропривода. Труды V международной (XVI всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу " АЭП-2007"-Санкт-петербург изд-во " новекс",2007,с.540-541.

34. Тадивосе Тассеу Зевде, М.А Слепцов. Пассажирский электробус для университетского кампуса в г. Бахр-Дар,(Эфиопия). Вестиик МЭИ, № 5,м.: изд-во МЭИ,2007,с.63-67.

35. Аносов В. Н., Слепцов М. А., Сравнение систем тягового электропривода автономных транспортных средств.2007. изд-во МЭИ ,Вестиик, № 4. С 66-71.

36. Е.А. Симридонов, Ю.А.Прокушев,А.А.Штанг, А.П. Вертохвостов. Математическая модель тягового привода с накопителем энергии, научные проблемы Сибири и Дального востока: Научный журнал- Новосибирск: Изд-ва НГАВТ, 2006, N 1- с. 239-241.

37. Аносов В.Н., Кавишников В.М., Шарников Ю.В. Расчет критерия эффективности при сравнительной оценке систем управления в ИСМА тр. Международной научно-технической конференции « Компьютерное моделирование 2006». Спб.: Изд-ва СПБПУ,2006- с. 36-49

38. Штанг А.А. Повишение Эффективности электротранспортных систем на основе использования накопителей энергии. Диссерт. Канд. Наук. Новосибирск, 2006.

39. Ю.М.Коссой, В.А.Поначугин, В.Н. Ширин. Организация движения и пассажирских перевозок на городском электрическом транспорте.

40. Рис. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ РИСУНКОВ. СТР.

41. Современное состояние общественного транспорта России.12

42. Карта Африки, показывающая расположение Эфиопии.1213 Карта Эфиопии.13

43. Изображение Голубого Нила ( 30 км от города Бахр Дар).14

44. Космическое изображение озеро Тана,(источник Голубой Нил).141.7а Один из крупнейших ГЭС страны.151.7Ь Один из крупнейших и будущих ГЭС страны.16

45. Энергоресурсы на производство электроэнергии, ГВт.ч.16

46. Единая электроэнергетическая система (ЕЭЭС) Эфиопии.17

47. Ооднолинейная схема эфиопской энергосистемы.18

48. Метрология (солнечной мощности) и ветра г.Бахр-Дар.19

49. Дневная и колебательная солнечной мощности г. Б-Д.19

50. Зарядное устройства от солничноц батареи.19

51. Общественной транспорт Эфиопии.22

52. Экология загрязнения атмосферы углекислым газом.25

53. На чем поедут завтра москвичи.27

54. Сравнение некоторых экономических показателей работы автобуса и троллейбуса.28

55. Существующие средство транспортировки в университете.32

56. Большое количество городских автобусов столицы.32

57. Физический размер троллейбуса, и Троллейбусы от "Тролиза.".31

58. Пассажиропоток на перегоне А- Г 34

59. Космическое изображение университета развивающего по территории и 35 численности факультетов36 Кривые расселения 38

60. Физический размер троллейбуса.33

61. Структурная Схема Тягового двигателя. 40

62. Как выгладит тяговые двигатели.42

63. Принципиальная упрощенная силовая схема рассматриваемогоэлектроподвижного состава (ЭПС) для различных периодов его движения. 43

64. Импульсное регулирование возбуждения тягового двигателя при пуске.45

65. Импульсное регулирование напряжения тягового двигателя при пуске.46

66. Аппроксимация кривой V(I).47

67. Электромеханические характеристики двигателя на ободе колеса

68. F(I), для всех степеней ослабления поля.48

69. Коэффициент полезного (т|) действия двигателя, приведенный к ободуколеса, при а=100%, 1Ш=0А , р=1 и при а-100%, и 1Ш=1,67А ,р=1.49

70. Кривые удельного основного сопротивления движению, Н/кН.51

71. Тяговые характеристики двигателя ДК-207Г с нанесением режима пуска. 52 4.16 Кривая потребляемого тока, Рабочие скоростные характеристики двигателя1. ДК-207Г в режиме пуска.53

72. Кривая удельная тяговая характеристика.54

73. Профиль городских дорог в масштабе 200мм/км.55

74. Сайт план расположения кампусов университета г. Бахр Дара.58

75. Профиль дороги, спуск/подъем- туда и обратно,icp=7,05%o.58

76. Прямая дорога длинной 2100м между кампусами с учетом остановки Б и В. 59

77. Нахождение установившейся скорости vyi для режима тяги и ослабленным возбуждением (ОВ) на подъеме +ii и Vy2 для выбега на уклоне -12.61

78. Внешний вид элемента конденсатора ЭК404.8653 Характеристика GK.8654 Характеристика СК.8755 Характеристика СК.•.87

79. Габаритные размеры модуля 30ЭК404.89

80. Внешний вид Модуля 30ЭК404.8915.10' Внешний вид модуля 12x30ЭК404.90

81. Внешний,вид модуля 3xl2x303K404;а) и (б) вертикальное и (в) горизонтальное расположение.91

82. Внешний,вид модуля 2х12х30ЭК404;а) и (б) вертикальное и (в) горизонтальное расположение.92

83. Упрощенная и структурная схема электрохимическогодвойно-слойного) конденсатора.99

84. Упрощенная эквивалентная электрическая схема такого конденсатора выглядит следующим образом: 99'6:3 Структура(а)и упрошенная эквивалентная схема суперконденсатора.100

85. Временная зависимость напряжения суперконденсатора.101

86. Схема активного симметрирования напряжениясуперконденсаторов матрицы.102

87. Характеристики конденсаторов ЭСМА.108

88. Позиционирование различных источников тока.110

89. Диаграмма соотношения плотности энергии и плотности мощности различных источников питания и конденсаторов (диагонали линии одинакового го времени разрядки).110

90. Плотность мощности, Вт/л 113

91. Сравнительный анализ суперконденсаторов с современными аккумуляторными батареями: (а) по рисурс и (б) - по мощности.118

92. Значение капитальных затрат на единицу мощности. 119

93. Показатель количества циклов накопитель энергии.120

94. Плотность энергии-суперконденсаторов.121

95. Структурная схема электробуса с портовым.питанием, НЭ. 122

96. Конденсаторные модули для гибридного транспорта-ЭСМА.123

97. Внешний вид конденсатора ЭК353.127

98. Технические характеристики энергоемких конденсаторов;

99. Выпускаемых канадским предприятием «Таврима КанадаЛимитед».128

100. Батарея конденсаторов, принимающая, энергию при рекуперации либообеспечивающая необходимую энергию батареи.136

101. Значение капитальных затрат на единицу мощности.136

102. Показатель количества циклов накопителей энергии.113

103. Схема рекуперации на конденсатор.127

104. Штатные остановки электробуса в заданной секции.139

105. Скоростной режим электробуса при выезде из заданной секции.141

106. Относительный расход энергии на преодоление подъема,i =16,2 %о в зависимости от относительной длины подъема.145

107. Зависимость необходимой емкости конденсаторной батареи от подъем.147

108. Соотношения напряжения в звене постоянного тока и на элементеконденсаторной батареи.148

109. Схема использования батарей конденсаторов ЭК-303 при рекуперации на 149 пониженном напряжении.

110. Типовые диаграммы движения электробуса по стандартному перегону с параметрами подъемов и уклонов на одном направлении.154

111. Зависимости скорости движения электробуса по стандартному перегону без подъемов и уклонов.155

112. Соотношение Vi и V2 при параметре i.159

113. Процент возвращаемой при рекуперации энергии.162

114. Электрическая схема предлагаемого устройства электробуса.167

115. Система накопления энергии в суперконденсаторе.167

116. Структурная схема математической модели.169

117. Схемы замещения для работы тягового электропривода суперконденсаторным накопителем энергии.170

118. Габ. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ТАБЛИЦ Стр.

119. Процентное распределение годового производства электроэнергии1. Эфиопии.15

120. Производство Электроэнергии системой и Сеточником,(ГВтч). 16

121. Дневная сумма солнечной радиации города Бахр-Дара,кВт. ч/м2/суток.19

122. Загрязнение атмосферы при различных методах организации грузовых перевозок.26

123. Годовое потребление энергии выбросы СО2 в различных странах. 26

124. Классификация городов по признаку удаленности расселения 34

125. Основные технические данные, для тягового электроподвижного состава. 40

126. Основные технические данные, для тягового электродвигателя ДК-207Г5.41

127. Исходные электромеханические характеристики тяговыхдвигателей. 47

128. Тяговые характеристики двигателя. 48

129. Коэффициент полезного действия^) двигателя, приведенный к ободу колеса. 49

130. Удельное основное сопротивление при движении электробуса под током и без тока. 49

131. Удельное основное сопротивление при движении электробус под током и без тока. 50

132. Тяговые характеристики двигателя ДК-207Г с нанесением режима пуска.•. 51

133. Удельное тяговые характеристики.53

134. Длины элементов профиля пути, электробуса следует от станции

135. А" до станции "Г" с учетом промежутка остановки "Б" и "В".58

136. Данные уклоны элементов профиля пути прямой линии между кампусами.59

137. Формулы исходных данных и результаты расчетов.61

138. Описание исходных данных и результаты расчетов. 64

139. Исходные данные и результаты расчетов, участок 1ыи прямого пути. 65

140. Исходных данных и результаты расчетов по расход энергии. 66

141. Исходные данные и результаты расчетов, участок 1Ь1И обратного пути. 67

142. Расход энергии электробуса 1ого участка в прямом направлении без второго пуска.68

143. Исходные данные и результаты расчетов, участок 2ой прямого пути. 69

144. Расход энергии электробуса 20ГО участка в прямом направлении без второго пуска. 70

145. Исходные данные и результаты расчетов ,участок 2ой обратногопути. 71

146. Расход энергии электробуса 20Г0 участка в обратном направлениибез второго пуска. 72

147. Исходные данные и результаты расчетов ,участок 3сго прямогопути. 73

148. Расход энергии электробуса Зого участка в обратном направлениибез второго пуска. 74

149. Исходные данные и результаты расчетов, участок Зег0 обратногопути. 75

150. Расход энергии электробуса Зего участка в обратном направлении сучетом второго пуска. 76

151. Время перегона данного маршрута. 81

152. Результаты расчёта расход энергии данного Электробуса с учётом энергии рекуперации. 82

153. Основные технические характеристики отдельного элемента Конденсатора. 85

154. Основные технические характеристики конденсатора одногомодуля 30ЭК404. 88

155. Основные технические характеристики конденсаторной системы изпоследовательно модуля 12 х 30ЭК404 для 15.6 т.электробуса. 89

156. Основные технические характеристики конденсаторной системы из-параллельно последовательно модуля 3xl2x303K404 для 15.6 т.1. Электробуса. 90

157. Основные технические характеристики конденсаторной системы из параллельно последовательно модуля 2х12х30ЭК404 для 15.6 т. Электробуса. 92

158. Характеристики электробуса и сделанные допущения. 94

159. Технические требования на конденсаторную систему в составе электропривода электробуса. 95

160. Конденсаторные модули для систем накопления энергии торможения, предназначенные для электробусов. 96

161. Характеристики конденсаторной системы для электробуса. 110

162. Мировой спрос на малогабаритные суперконденсаторы взависимости от емкости. 111

163. Основные характеристики суперконденсаторов различных странах. 111

164. Значения основных параметров, определяющих свойства главных типов накопителей. 116

165. Сравнительные параметры свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, конденсаторов и молекулярных конденсаторов. 116

166. Сравнительный анализ аккумуляторных батарей ссуперконденсаторами. 118

167. Технические параметры некоторых конденсаторов "ЭСМА". 125

168. Технические характеристики по конденсатор ЭК353. 126

169. Технические характеристики конденсаторов для применения нагибридном транспорте таковы. 127628 тяговый суперконденсаторы «Таврима». 128

170. Максимально возможное номинальное рабочее напряжение суперконденсаторов, «Нэсс». 129

171. Конденсаторные модули для систем накопления энергии 1 торможения, предназначенные для электробуса. 124

172. Характеристики электробуса и сделанные допущения. 134

173. Напряжение конденсаторной системы при заряде и разряде инапряжение емкостного элемента. 140

174. Время движения и стоянки электробуса. 151

175. Соотношение скоростей Vi и V2 в зависимости от подъема i. 159

176. Энергия батареи и ее составляющие. 161