ВИДЫ РЕКУПЕРАЦИИ И ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА В ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИИ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Современные компании, в целях снижения потерь создают условия возврата электрической энергии в цепь, используя различные способы рекуперации электроэнергии. К таким компаниям, несомненно, относится ОАО РЖД, руководители которой ориентируются на процессы энергосбережения [1]. Работая, разные виды двигателей часть электрической энергии, преобразуют в тепло и при помощи конструктивных особенностей конструкций отводятся в виде потерь. Рассматривая суть процесса рекуперации, следует отметить ,что в ее основе лежит процедура повторного использования энергии в работе подвижного состава. Процессы рекуперации трудно переоценить в свете развития процессов энергосбережения в ОАО РЖД.

Выделяют несколько способов рекуперации:

• рекуперация в импульсных установках
• рекуперация торможения;

Рекуперация электроэнергии в импульсных установках заключается в преобразовании магнитной энергии электрического тока в энергию емкостного накопителя и наоборот. Для этого преобразования в течение одного цикла работы установки происходит многократное повторение в режиме затухающих колебаний.

В структуру прибора рекуперации включены зарядное устройство, емкостный накопитель энергии, тиристорный ключ и магнит в качестве нагрузки.

Специалисты отмечают низкую эффективность подобной установки, так как емкостный накопитель разряжается полностью в случае срабатывания тиристорного ключа. Кроме того, повышается тепловыделение в обмотке магнита и растут затраты на повторную зарядку емкостного накопителя.

Имеют место и другие устройства рекуперации, с другой структурой. Например, в структуру прибора может входить зарядное устройство, ключ на основе попарно включенных параллельно-встречно управляемых вентилей, емкостный накопитель энергии и активно-индуктивную нагрузку в виде магнита. Режим дозарядки емкостного накопителя энергии в такой конструкции используют  для достижения снижения мощности зарядного устройства.

Изменение направления электрического тока в нагрузке от цикла к циклу и  необходимость коммутации полярности тока дозарядки можно отнести к недостаткам такой рекуперации. При этом, такое устройство специалисты называют достаточно сложным.

Рассмотрим еще один способ возвращения электроэнергии в импульсных установках (рисунок 1).

Рисунок 1. Способ возвращения электроэнергии в импульсных установках [2, с.248-251]

Способ, представленный на рисунке 1, характеризуется основным физическим процессом, характерным для возвращения электроэнергии в импульсных установках. Кроме того, представленная схема  предполагает, что в течение одного цикла работы импульсной установки преобразование производится дважды: на первом этапе энергия накопителя преобразуется в магнитную энергию тока в активно-индуктивной нагрузке, а на втором этапе в катушке индуктивности, после она рекуперируется в накопитель. Устройство оснащено цепью из катушки индуктивности и второго ключа, который подключен к накопителю энергии. К положительному выводу зарядного устройства подключаются первый вывод накопителя, активно-индуктивной нагрузки и катушки индуктивности, соединенные между собой. Второй вывод активно-индуктивной нагрузки соединяется с анодом первого ключа, а катушки индуктивности - с катодом второго ключа. К отрицательному выводу зарядного устройства подключаются второй вывод емкостного накопителя, катод первого ключа и анод второго ключа, соединенные между собой. В данном методе восстановления электрической энергии, наиболее эффективным считается то, что в одном цикле работы импульсной установки, преобразование энергии накопителя в магнитную энергию электрического тока и наоборот производится дважды.

Специалисты отмечают использование рекуперации энергии торможения как процесс весьма выгодный [6, с.95-99]. Чаще всего, такой метод использован в автомобилях, но использование энергии торможения на железнодорожном транспорте весьма актуально. В автомобилях при разгоне механическая энергия тратится на увеличение скорости, а при торможении кинетическая энергия рассеивается в виде тепла. Специалистами РЖД отмечается значение рекуперации в режиме торможения тяговыми двигателями электроподвижного состава (ЭПС), когда они переведены в генераторный режим, а механическая энергия движения поезда превращена в электрическую энергию. Рекуперативное торможение – это процесс необходимый, призванный обеспечивать безопасность движения поезда. Специалисты выделяют значение рекуперативного торможения на железнодорожных путях в горной местности или при использовании высокоскоростного подвижного состава [5, с.112-117].

В качестве специалистов, рассматривающих вопросы энергосбережения при рекуперативном торможении, следует отметить таких специалистов как В.Т. Черемисин В.Т., М.М. Никифоров, А.С.Вильгельм, которые предложили методику расчета экономической эффективности применения рекуперативного торможения и использования энергии рекуперации. В.Л. Незевак В.Л., А.П. Шатохин, О.В. Гателюк сделали попытку оптимизировать график движения поездов по критерию расхода электрической энергии на тягу на участках железных дорог в условиях применения рекуперативного торможения. Публикаций достаточно много, наибольший интерес представляют проблемы использования рекуперации.

Теоретические и экспериментальные работы позволили создать современный отечественный электроподвижной состав с рекуперативным и рекуперативно-реостатным торможением [7].

Нет сомнения в том, что системы рекуперативного торможения на подвижных составах требуют развития. Это развитие направлено в сторону  плавного регулирования напряжения коллекторных двигателей или применения асинхронного тягового привода. Одно следует сказать наверняка: для эффективного решения проблемы рекуперации необходимы в каждом случае продуманные решения, связанные с преобразованием энергетического потока.

На помощь оптимизации процесса рекуперации в каждом отдельном случае приходит компьютерное моделирование электропривода вагона.

В заключение следует отметить, что в  современных условиях требуются процессы повышения эффективности процессов рекуперации при торможении, что связано с использованием и преобразованием потенциальной и кинетической энергии поезда в электрическую. Внедрение современных способов отражает сокращение затрат на электрическую тягу поездов и обеспечение энергосбережения в отрасли.

Список литературы:

1. Федеральный закон № 261 от 23.11.2009 «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности». СПС Консультант плюс [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www. consultant.ru/document/cons_doc_LAW_93978/. (Дата обращения: 07.11.2019);
2. Кабанова А.Д., Антипин Н.М., Дунаев М.Ю. Способы рекуперации и рекуперирующие устройства // Аллея науки / 2019. - Т. 2. - № 3 (30) - С. 248-251
3. Незевак В.Л., Шатохин А.П., Гателюк О.В. Оптимизация графика движения поездов по критерию расхода электрической энергии на тягу на участках железных дорог в условиях применения рекуперативного торможения // Известия Транссиба/ 2015. -№ 1 (21). - С. 59-69.
4. Никифоров М.М. Вильгельм А.С., Гутников В.И. Влияние параметров и режимов работы системы тягового электроснабжения на эффективность использования энергии рекуперации // Известия Транссиба/2017 - № 1 (29). - C. 74-83.
5. Способ определения коэффициента сцепления колесной пары с рельсами при торможении / Ю.А. Купцов и др. // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование/ 2018. - № 2 (58). - С. 112-117.
6. Черемисин В.Т., Никифоров М.М., Вильгельм А.С. Методика расчета экономической эффективности применения рекуперативного торможения и использования энергии рекуперации // Транспорт Урала/ 2016 - № 3 (50) - С. 95-99.
7. Щербаков В. Г. Тяговые электрические машины: учебник / В. Г. Щербаков, А. Д. Петрушин, Б. И. Хомченко, В. И. Седов, С. А. Пахомин, А. С. Мазнев, П. Г. Колпахчьян ; под ред. В. Г. Щербакова, А. Д. Петрушина. - М.: ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железно-дорожном транспорте», 2016. - 641 с.