ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

Организация производства импульсных источников питания электрооборудования трамваев – «ИИПЭТ».

Рекомендуемая область пременения

- городской электрический транспорт: трамваи;
- автомобили;
- электромобили;
- для питания электроустановок с импульсно потребляемой мощностью;
- в системах пуска автомобилей и пуска, торможения электромобилей

Назначение, цели и задачи проекта

Основное назначение проекта – Разработка,  производство  и сбыт импульсных источников питания  электрооборудования  трамваев.

Цель проекта:

 - выпуск на рынок высокоэффективных импульсных источников питания, обеспечивающих повышение надежности растормаживания трамвайных вагонов  в начале движения;

 - возможность повторного действия  рельсового и аварийного тормозов;

 - увеличение  ресурса  аккумуляторной батареи, снижающей  потребность в величине емкости аккумуляторной батареи, мощности зарядного преобразователя;

 - снижение материальных  и эксплуатационных  затрат, а также затрат на модернизацию эксплуатируемых трамвайных вагонов.

Задачи проекта:

- разработка и производство импульсных источников питания  электрооборудования  трамваев – «ИИПЭТ» на основе современных инновационных направлений развития микроэлектроники и силовой электроники, накопителей энергии - ионисторов.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

Сегодня Россия - одна из стран с наиболее развитым электрическим транспортом. В 88 городах эксплуатируется троллейбусный транспорт, в 68 городах - трамвайный, в 6 городах – метрополитен.

За последние годы техническое и экономическое положение на горэлектротранспорте ухудшилось. За 10 последних лет сократилась численность троллейбусов на 13%, трамваев – на 20%, количество подвижного состава (ПС), эксплуатируемого сверх срока амортизации составляет более 50%.

Используемые в системах бортового питания трамваев источники питания, состоящие из параллельно включенных преобразователя - электромашинного генератора Г-731 или электронного преобразователя: БПН-5У2М,  БП-3Г, ПНР-100, ТЗУ и аккумуляторной батареи, (см. Вагон трамвайный. Модель 71-608К. Техническое описание. Инструкция по эксплуатации. 1993г., с.35, раздел 5.14.15. Блок питания БПН-5У2М, Усть-Катавский вагоностроительный завод им. С.М.Кирова. Преобразователь напряжения ПНР-100, Руководство по эксплуатации КВЛН      435.154.002 РЭ. ЗАО «АРС ТЕРМ», г.Новосибирск, 2000г) выполняют функцию электропитания системы растормаживания вагонов в начале их движения (при трогании с места), электромагнитного рельсового и аварийного тормозов и при потерявшей емкость аккумуляторной батарее, в зимнее время,  при отрицательных температурах, не всегда обеспечивают надежную работу указанных систем торможения.

Преобразователь преобразует напряжение контактной сети (±600В) в напряжение (±28В), необходимое для питания низковольтных цепей нагрузки и зарядки щелочной аккумуляторной батареи. Нагрузка на преобразователь напряжения и аккумуляторную батарею имеет сложную характеристику, состоящую из импульсов потребляемой мощности в моменты растормаживания при трогании и торможения трамвая, и статического потребления мощности в процессе движения. Импульс потребляемой мощности в момент растормаживания трамвая, например, модели КТМ-5М3 десятикратно превышает средний статический уровень потребления в течение одной-двух секунд, в результате чего, особенно в зимнее время, при снижении емкости аккумуляторной батареи из-за понижения температуры, а также при потере емкости из-за эксплуатационного износа, имеет место скачкообразное снижение напряжения на общих полюсах преобразователя и аккумуляторной батареи до уровня, при котором отдельные электромагниты не срабатывают, вагон не растормаживается и выбывает из движения, а аккумуляторная батарея при этом испытывает ударную токовую перегрузку, что снижает ее ресурс и приводит к преждевременному износу или выходу из строя.

Известно также  устройство для электропитания низковольтных цепей городского электротранспорта (по. патенту №2166439), содержащее аккумуляторную батарею, к плюсовому выводу которой подключены низковольтные цепи, разделительный диод и конденсатор. Конденсатор подключен одним выводом к минусовому выводу аккумуляторной батареи, а другим через разделительный диод и резистор к ее плюсовому выводу. Часть низковольтных цепей предназначена для обеспечения аварийного торможения, подключена к положительному выводу конденсатора и катоду разделительного диода, анод которого через ограничительный резистор соединен с положительным выводом аккумуляторной батареи. Подключение цепей рельсовых тормозов и цепей аварийного тормоза непосредственно к конденсатору требует для надежной работы тормозной системы конденсатор достаточно большой емкости, что в свою очередь, влечет за собой увеличение времени заряда конденсатора после торможения, то есть времени готовности тормозной системы к повторному торможению, что снижает уровень безопасности движения. Уменьшение необходимой емкости аккумуляторной батареи также ведет к снижению расчетного значения зарядного тока и увеличению времени готовности тормозной системы к повторному торможению. При этом, подключенные к тормозным цепям через токоограничивающий зарядный резистор и диод преобразователь и аккумуляторная батарея подпитывают тормозные цепи недостаточной величиной мощности, ограниченной величиной тока заряда конденсатора. При модернизации трамваев требуется изменение монтажной схемы цепей рельсового и аварийного тормозов, что составляет дополнительные затраты.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

В предлагаемом проекте задача решается путем обеспечения кратковременной коммутации дополнительной мощности ионистора

(электрохимического конденсатора с двойным слоем), подпитки, в моменты  импульсных токовых нагрузок на преобразователь и аккумуляторную батарею во время начала движения и торможения трамвая.

Для решения этой задачи в источник питания низковольтных цепей трамвая, содержащий преобразователь напряжения контактной сети в напряжение для заряда аккумуляторной батареи и питания низковольтных цепей и параллельно подключенную аккумуляторную батарею, к полюсам которых подключены низковольтные цепи, в цепь между положительным и общим выводом преобразователя, аккумуляторной батареи и низковольтных цепей включен ионистор и электронный коммутатор с дополнительным токоограничивающим резистором, управляемый датчиком импульсного потребления мощности и датчиком напряжения. Дополнительной резистор в цепи электронного коммутатора (цепи разряда ионистора) имеет малое сопротивление, ограничивающее величину тока разряда ионистора до максимально возможной по режиму короткого замыкания в низковольтных цепях и в соответствии с типом ионистора.

                                                                         Фиг. 1.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого источника питания низковольтных цепей трамвая.

Источник питания низковольтных цепей содержит преобразователь напряжения 1, одноименными полюсами соединенный с аккумуляторной батареей 2 и с низковольтными цепями 10. В цепь преобразователя напряжения  и аккумуляторной батареи   включен двухполюсник - импульсный источник питания электрооборудова-ния  трамваев – «ИИПЭТ», включающий в себя ионистор 7, токоогра-ничивающий резистор 8, диод 9, электронный коммутатор 5, токоограничивающий резистор 6, датчик импульсного потребления мощности 3 и датчик напряжения  4.

Принцип работы.

От контактной сети напряжение высоковольтное (±600В) поступает на преобразователь напряжения  и преобразуется в низковольтное напряжение (±28В), обеспечивающее зарядку аккумуляторной батареи  и питание низковольтных цепей  трамвая. Ионистор  заряжается от соединенных параллельно преобразователя  и аккумуляторной батареи  через токоограничивающий резистор  и диод. В момент трогания трамвая, для растормаживания колесных пар в низковольтных цепях происходит включение четырех электромагнитов (не показано) на время до двух секунд (суммарное сопротивление четырех электромагнитов, например, в трамвае типа КТМ-5М3 составляет 0,17 Ом). На это время мощность, потребляемая низковольтными цепями  ипульсно возрастает и достигает десятикратной величины по сравнению со статическим уровнем нагрузки в процессе движения трамвая, срабатывает датчик импульсного потребления мощности  и своим сигналом открывает электронный коммутатор, подключая ионистор  через токоограничивающий резистор  к общему положительному полюсу преобразователя, аккумуляторной батареи  и низковольтных цепей, происходит подпитка низковольтных цепей  мощным импульсом разряда ионистора. Все три источника мощности, а именно: преобразователь напряжения, аккумуляторная батарея  и ионистор работают параллельно. При снижении напряжения на выводах ионистора  до установленного уровня срабатывает датчик напряжения  и своим сигналом закрывает коммутатор, не давая ионистору  полностью разрядиться при длительных токовых нагрузках в низковольтных цепях, например, при коротком замыкании или неправильных действиях водителя, ионистор  снова заряжается через токоограничивающий резистор  и диод  до уровня напряжения преобразователя  и аккумуляторной батареи, при этом время заряда ионистора  снижается из-за не полного его разряда, что обеспечивает возможность подпитки низковольтных цепей  при повторном импульсном потреблении мощности. Увеличение жесткости выходной вольт-амперной характеристики источника питания низковольтных цепей  трамвая при импульсном увеличении потребляемой мощности последними обеспечивает также увеличение надежности работы рельсовых и аварийного тормозов трамвая, электромагниты которых питаются от тех же низковольтных цепей.

Монтажная схема при модернизации электрической схемы трамваев не меняется. Монтаж производится к существующему источнику присоединением двухполюсника.

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

В результате применения предлагаемого импульсного источника питания  электрооборудования  трамваев – «ИИПЭТ» значительно увеличивается динамический диапазон нагрузок при одновременном снижении емкости аккумуляторной батареи, что превосходит отечественные и зарубежные  устройства электропитания бортовых низковольтных цепей трамваев, за счет увеличения жесткости  выходных характеристик источников питания при сильноточных импульсных нагрузках.

В настоящее время в России эксплуатируются 10,5  тысяч трамваев, половина из них - отечественного производства. При внедрении настоящего проекта только сокращение емкости аккумуляторных батарей в два раза, при отпускной цене последних - 60 тыс. рублей за комплект и сроке службы аккумуляторов – 10 лет, обеспечит общий объем высвобождаемых денежных средств на предприятиях, эксплуатирующих отечественные трамваи в размере 15,75 млн. рублей в год.

При отпускной цене выпускаемых изделий-«ИИПЭТ» - 20 тыс. рублей и годовом объеме производства 500 шт. валовый доход предприятия-производителя продукции составит 10 млн. рублей в год.

Необходимые инвестиции для создания нового производства составят 6 млн. рублей.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Трудосбережение - Повышение надежности работы тормозных систем и основного источника питания трамваев позволяет снизить в порядке 20%  количество отказов подвижного состава, затраты на его ремонт и сократит потери  в порядке на 20% рабочего времени водителей.

Энергосбережение – Импульсный источник питания электрооборудования  трамваев – «ИИПЭТ» повышает  на 50%   к. п. д. штатного бортового источника при  импульсном потреблении тока низковольтными цепями,   позволяет снизить  в два раза энергоемкость применяемых аккумуляторных батарей и  мощность  преобразователей.

Экологическая безопасность -  Устройство комплектуется безопасными, с точки зрения экологии, компонентами ( например, ионисторами) отечественного производителя и, в конечном итоге, способствует развитию и повышению конкурентоспособности экологически чистого городского электрического транспорта.

Новые потребительские свойства продукции

- повышение надежности растормаживания трамвайных вагонов в начале их движения, т.е. при трогании, и безопасности перевозки пассажиров в результате повышения надежности работы электропривода тормозных систем;
- снижение потребности в величине емкости аккумуляторной батареи и мощности преобразователя в два раза;
- увеличение ресурса аккумуляторных батарей в связи с уменьшением ударных токов;
- снижение материальных затрат и затрат на эксплуатацию, а также затрат на модернизацию эксплуатируемых трамвайных вагонов, из-за отсутствия необходимости изменения монтажной схемы.

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам определяются ГОСТами и подтверждаются сертификатами изготовителей электронных компонентов.

Стадия и уровень разработки

Предлагаемые инвестиции

6 млн. руб.

Рынки сбыта

Основными потребителями предлагаемой продукции являются предприятия, эксплуатирующие подвижной состав – трамваи и заводы-изготовители России и ближнего зарубежья.

Возможность и эффективность импортозамещения

Да. Предлагаемое в проекте оборудование обеспечивает надежность растормаживания трамвайных вагонов при их трогании с места (в начале движения), что является важным и эффективным в импортозамещении.

Возможность выхода на мировой рынок

В связи с отсутствием зарубежных аналогов выход на мировой рынок целесообразен.

Срок окупаемости (в месяцах)

36

Дата поступления материала

26.07.2007