VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Энергоэффективность рудничных электровозов карьерных тяговых агрегатов не соответствует современным требованиям и в настоящее эта проблема еще далека от своего решения. Ускорить ее решение возможно различными путями: совершенствованием систем электропривода, электроснабжения, управления, внедрением комбинированных электровозов, современных накопителей электрической энергии, принудительным охлаждения тяговых двигателей, заменой тяговых коллекторных двигателей постоянного тока бесколлекторными двигателями переменного тока [1,2,3]. На подземном транспорте принудительное воздушное охлаждение по сравнению с естественным увеличивает мощность тяговых двигателей в часовом режиме на 29%, в длительном на 56%. Система дистанционного управления позволяет машинисту электровоза одному грузить вагонетки на погрузочных пунктах, что повышает эффективность транспорта. Для повышения энергоэффективности необходимо, в первую очередь, снизить потери энергии на буксование колес электровозов. Потери энергии на буксование колес особенно велики при движении на подъем груженых составов в траншеях карьеров, а на подземном транспорте в обводненных шахтах, добывающих коксующиеся угли.

Применение контактно-аккумуляторных электровозов позволяет снизить количество аккумуляторных батарей и отказаться от двухступенчатой схемы локомотивной откатки. Переоборудование аккумуляторного электровоза в контактно аккумуляторный может быть выполнено в условиях действующих горнодобывающих предприятий; затраты на переоборудование не превышают 10% стоимости переоборудуемого аккумуляторного электровоза.

Энергоэффективность применении комбинированных электровозов по сравнению с аккумуляторными достигается за счет уменьшения числа зарядных столов и зарядных устройств, объёмов зарядных камер; сокращения почти вдвое числа аккумуляторных батарей и повышения в два раза срока их ресурса; экономии рабочего времени (около 0.5 ч в смену на электровоз) и затрат на обслуживание аккумуляторного хозяйства; увеличения коэффициента использования электровоза [1].

На электровозах применяются различные системы регулирования скорости вращения тяговых двигателей: реостатные и безреостатные, ступенчатые и плавные бесступенчатые. Результаты сравнения систем управления приведены в табл.1. Из анализа таблицы 1 следует, что внедрение тиристорно-транзисторных систем управления позволит увеличить мощность тяговых электродвигателей не менее, чем на 30-50%.

Таблица 1. Системы управления скоростью движения электровозов.

ПАРАМЕТРЫ	СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ ДВИГАТЕЛЕЙ
	Реостат-ная	Ступенча-тая	Тиристорно-транзисторная
			двигатели постоянного тока**	двигатели переменного тока ***
число ступеней скорости	до 7	6	неограничено	неограничено
число безреостатных ступеней	2	5	неограничено	неограничено
потери энергии, %	до 30	до 10	8-10	8-10
коэффициент Ки*	0,5-0,6	0,5-0,6	0,95	0,95
тип электричес-кого тормоза	Реостат-ный	Реостат-ный	реостатный, рекуператив-ный	реостатный, рекуперативный

* Ки - коэффициент использования сцепного веса ;

** широтно-импульсная система управления двигателями постоянного тока;

***частотная система управления тяговыми кз асинхронными двигателями.

Наиболее перспективными для электровозов с тяговыми электродвигателями постоянного тока следует признать широтно-импульсные и частотно-импульсные системы управления, которые обеспечивают плавный пуск и торможение составов. При этом экономия электроэнергии может достигать 25-30%, повышение коэффициента использования сцепного веса - 40%.

Повышение энергоэффективности и модернизация рудничных электровозов может производиться заменой реостатных и ступенчатых систем управления на тиристорно-транзисторные, широтно-импульсные и частотные. Эти системы уменьшают потнри энергии на буксование колес, т.к. обеспечивают плавный пуск и торможение электровозов с коллекторными двигателями постоянного тока и бесколлекторными двигателями переменного тока - асинхронными и вентильным

Схема частотно-импульсного управления тяговыми электродвигателями постоянного тока является более простой и недорогой. Но при равной выходной мощности для нормальной работы частотно-импульсной схемы требуются дорогие и сложные электрические фильтры. По этим причинам частотно-импульсные схемы были вытеснены более дешевыми широтно-импульсными.

На аккумуляторных и контактно-аккумуляторных электровозах современные системы плавного управления тяговыми электродвигателями, как правило, работают надежно. На питающихся от контактных сетей электровозах возникают перенапряжения и броски тока тяговых электродвигателей при отскоках токоприемников от контактного провода по причине значительной индуктивности тяговых сетей (на контактной откатке до 5мГн/км). До настоящего времени в комплектацию рудничных контактных электровозов иногда не входят аккумуляторные батарей для питания цепей управления, что снижает надежность работы преобразователей, питающих тяговые двигатели, устройства управления, освещения, сигнализации, связи и другие потребители собственных нужд.

Одним из достоинств импульсных схем является возможность рекуперативного торможения вплоть до полной остановки электровоза. При этом возвращается в накопитель не только кинетическая энергия движущего поезда, но и электромагнитная энергия из индуктивностей обмоток тяговых двигателей и сглаживающих реакторов.

Для аккумулирования энергии торможения и снижения скачков тока размещать суперконденсаторы КДЭС можно на тяговых агрегатах, контактных, аккумуляторных и контактно-аккумуляторных электровозах, на тяговых подстанциях и пунктах секционирования контактных сетей. В системах электроснабжения КДЭС можно использовать не только для сглаживания пиковых токов, но и для стабилизации напряжения на удаленных участках контактных сетей на постоянном уровне, для снижения износа контактных проводов и уменьшения искрения на токоприемниках электровозов. Для рекуперации и передачи энергии в электрические сети накопители должны оборудоваться реверсивными преобразователями на IGBT транзисторах.

Повышение энергоээффективности электровозов и тяговых агрегатов для электрического транспорта на подземных и открытых горных работах возможно путем применения гибридных силовых установок [2,3]. В гибридных установках следует заменить тяговые щелочные никель-железных аккумуляторы кислотно-свинцовым и суперконденсаторами КДЭС. В качестве ЭХН накопителей энергии можно использовать отечественные рудничные тяговые свинцово-кислотные панцирные аккумуляторы 7PzSL805 емкостью 805 А.ч и КДЭС. Технические характеристики конденсаторных накопителей для подземных и открытых работ приведены в таблице 2. Параметры накопителей выбраны с использованием суперконденсаторного модуля 10ЭК303[3].

Таблица 2.

Технические характеристики суперконденсаторного накопителя.

Параметр	подземный транспорт	открытые работы
Тип	20х10ЭК303	120х10ЭК303
Рабочее напряжение, В	275	1800-900
Запасаемая энергия, МДж	7,5	45,5
Отдаваемая энергия, МДж	6,2	37,0
Максимальная мощность, МВт	0,56	3,4
Масса, кг	660	4080
Объем, м³	0,46	2,8
Время разряда, с	64	60
Время заряда, мин	15 - 40	15 - 40
Величина саморазряда	до 0,3% в сутки	до 0,3% в сутки
Интервал рабочих температур	- 50…+70 ºС	- 50…+70 ºС
Срок службы	Свыше 15 лет	Свыше 15 лет
Изготовитель	ЗАО «Элтон», Россия, г. Троицк

Для накопления электроэнергии в тормозных режимах, а также для питания тяговых электродвигателей при двух-трех кратных пиковых кратковременных перегрузках целесообразно применять электрохимические накопители энергии ЭХН -свинцово-кислотные аккумуляторные батареи. При 5-7 кратных кратковременных пиковых перегрузках предпочтительнее пользоваться комбинированным накопителем, состоящим из суперконденсатора КДЭС и аккумуляторной батареи ЭХН.

Выводы

Повысить энергоэффективность, снизить электроэнергию, потребляемую электровозами и тяговыми агрегатами. на 25-30% возможно при условии внедрения комбинированных ЭХН-КЭДС накопителей энергии и тиристорно-транзисторных систем плавного регулирования скорости.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. В.П. Степаненко. Применение комбинированных (гибридных) энергосиловых установок в горной промышленности. //Горный информационно-технический бюллетень.- М.-. Горная книга.-2014.-№11.-С.322-328.

2. В. И. Белозеров, В.П. Степаненко. Актуальность создания карьерных локомотивов с накопителем энергии. //Горная промышленность.-2014-.2014.-.№4.-. С.76.

3. И.Н. Варакин, В.В. Менухов, В.В. Самитин. Перспективы применения электрохимических конденсаторов в составе комбинированных энергосиловых установок на автосамосвалах.// Горная промышленность.-2008.-.№3.-С.79-86.

5

Код для цитирования: Скопировать