Розробка енергоефективних та високонадійних електромеханічних транспортних комплексів з оцінюванням сучасного стану технологій у галузі залізничного транспорту та пропозиціями щодо проектування та модернізації тягових систем

Abstract

Мета роботи: Підвищення енергетичної ефективності, експлуатаційної надійності та екологічності залізничного транспорту шляхом комплексного аналізу сучасного стану світових тягових технологій та розробки науково обґрунтованих рішень для проєктування нових і модернізації існуючих електромеханічних систем рухомого складу, а також комплексне розв'язання науково-технічної проблеми підвищення енергетичної ефективності та експлуатаційної надійності тягового рухомого складу залізниць шляхом впровадження інноваційних електромеханічних рішень, оптимізації топологій силових перетворювачів та розробки стратегій глибокої модернізації існуючих систем. Для досягнення поставленої мети необхідно виконати такі завдання: Здійснити критичний аудит сучасного стану тягового рухомого складу (ТРС), порівнявши ефективність традиційних систем (на базі двигунів постійного струму та асинхронних машин) із новітніми розробками. Провести критичний аналіз сучасного стану та світових тенденцій розвитку тягових систем залізничного транспорту (перехід на синхронні двигуни з постійними магнітами (PMSM), використання карбід-кремнієвих (SiC) напівпровідників). Дослідити баланс втрат енергії в системі "тягова підстанція — контактна мережа — рухомий склад" на основі рівняння руху поїзда та тягових розрахунків. Розробити критерії та метрики для оцінки енергоефективності транспортних комплексів з урахуванням повного життєвого циклу (LCC - Life Cycle Cost) обладнання. Розробити концептуальні пропозиції щодо впровадження бортових систем накопичення енергії (Energy Storage Systems) для максимального використання енергії рекуперативного гальмування. Сформувати концептуальні пропозиції щодо модернізації застарілого парку локомотивів (заміна колекторних тягових двигунів на безколекторні, впровадження систем бортового накопичення енергії на базі суперконденсаторів). Запропонувати критерії оптимізації топології тягового перетворювача та алгоритмів керування синхронними двигунами з постійними магнітами (СДПМ) для застосування у магістральному та моторвагонному рухомому складі. Спроектувати відмовостійкі топології тягових інверторів із резервуванням фазних модулів для забезпечення руху поїзда навіть у разі часткової відмови силової електроніки. Оцінити надійність запропонованих електромеханічних комплексів за міжнародними стандартами RAMS (Reliability, Availability, Maintainability, Safety) та розрахувати показники вартості життєвого циклу (LCC). Запропонувати алгоритми інтелектуального керування енергоспоживанням (Smart Energy Management) для оптимізації режимів тяги та максимізації віддачі від рекуперативного гальмування.