ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

«Разработка и освоение производства преобразователей частоты мощностью 1250 кВт на IGBT-транзисторах для тягового асинхронного элек-тропривода электровозов».

Рекомендуемая область пременения

- магистральные электровозы постоянного тока напряжением питания 3000В

Назначение, цели и задачи проекта

Целью проекта является разработка и освоение серийного производства на базе ОАО "Электровыпрямитель" новых типов преобразователей (далее преобразователь М-ПТП-2400-У2) частоты мощностью 1250 кВт на IGBT-транзисторах для тягового асинхронного электропривода электровозов постоянного тока.

Преобразователи М-ПТП-2400-У2 могут применяться, как при производстве новых электровозов, так и при модернизации существующего парка локомотивов.

Применение преобразователя М-ПТП-2400-У2 позволяет увеличить тягово-энергетические характеристики электровозов, а также конструкционную скорость электровозов, и тем самым позволяет увеличить дальность вождения поезда одной локомотивной бригадой.

При выполнении проекта были впервые в Российской Федерации разработаны и освоены в производстве на ОАО «Электровыпрямитель» мощные  преобразователи частоты с широтно-импульсной модуляцией для  тягового частотно-регулируемого асинхронного электропривода магистральных электровозов с использованием специально разработанных в транспортном исполнении IGBT-транзисторов собственного производства.

А также разработано и изготовлено необходимое технологическое оборудование, созданы производственные мощности для серийного производства преобразователей М-ПТП-2400-У2 на базе ОАО "Электровыпрямитель".

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

Проблема, на решение которой направлен проект – разработка статического преобразователя частоты мощностью 1250 кВт для питания трёхфазных асинхронных двигателей тягового электропривода переменного тока магистральных пассажирских и грузовых электровозов при их работе как в режиме тяги с бесконтактным реверсом хода, так и в режиме электрического реостатного и рекуперативного торможения на участках железных дорог, электрифицированных постоянным напряжением 3000 В.

Появление мощных IGBT-транзисторов с токами до 1200 А и напряжением до 3300 В позволяет реализовать применительно к большим мощностям электровозов такие основные преимущества  частотно-регулируемого тягового асинхронного электропривода с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), как увеличение тягового усилия на ось до 40% и скоростей выше 120 км/час; повышение надёжности и ресурса работы, улучшение регулировочных характеристик тягового электропривода; повышение экономии электроэнергии; снижение затрат на ремонт и обслуживание асинхронных двигателей и т.д.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

предназначен для применения на магистральных электровозах постоянного тока с асинхронными тяговыми двигателями (АТД) для преобразования постоянного напряжения контактной сети в трехфазное переменное напряжение, регулируемое по амплитуде и частоте для питания АТД в режиме тяги и преобразования переменного напряжения тяговых двигателей в постоянное в режиме электрического торможения.

Основные параметры преобразователя

Преобразователь предназначен для питания двух асинхронных тяговых двигателей магистральных пассажирских и грузовых электровозов при их работе как в режиме тяги, так и в режиме электрического рекуперативного или реостатного торможения на участках железных дорог, электрифицированных напряжением 3 кВ постоянного тока.

Преобразователь выполнен на основе автономных инверторов напряжения (АИН) и состоит из:

- входного LC-фильтра;

-   автономных инверторов напряжения, выполненных на базе IGBT-транзисторов;

-   одного тормозного бесконтактного импульсного ключа на IGBT-транзисторах (ТК);

-   резистора разряда емкости фильтра;

-   заземлителя;

- устройства для снижения уровня электромагнитного шума и ограничения крутизны фронтов импульсов напряжения на выходе преобразователя;                        

-   встроенной микропроцессорной системы управления преобразователем (СУП);

-   блоков питания драйверов управления силовыми транзисторами (БПДР) (количество уточняется на стадии рабочего проектирования);

-   системы охлаждения;

- комплекта измерительных датчиков тока, напряжения, цепей защиты и управления.

Основные технические параметры преобразователя соответствуют таблице 1.

Таблица 1

Продолжение таблицы 1

Требования по устойчивости к внешним воздействиям

Преобразователь в части воздействия климатических факторов внешней среды соответствует климатическому исполнению У категории размещения 2 по ГОСТ 15150, ГОСТ 15543.1. При этом :

1) верхнее значение предельной рабочей температуры и температуры хранения окружающего воздуха преобразователя плюс 60⁰С;

2) нижнее значение предельной рабочей температуры и температуры хранения окружающего воздуха преобразователя минус 50⁰С;

3) верхнее значение температуры охлаждающего воздуха преобразователя плюс 45⁰С;

4) нижнее значение температуры охлаждающего воздуха преобразователя минус 50⁰С;

5) верхнее рабочее значение относительной влажности воздуха при температуре 20⁰С – 98%

6) высота над уровнем моря не более 1200м.

Для запуска и работы преобразователя при температурах окружающего воздуха ниже минус 35⁰С используется подогрев его узлов, при этом время готовности преобразователя не более 1 часа.

Возможно выпадение инея с последующим оттаиванием.

Преобразователь в части воздействия механических факторов внешней среды должен соответствовать группе условий эксплуатации М25 по ГОСТ 17516.1

Гарантии изготовителя

Предприятие-изготовитель должно гарантировать соответствие изготовляемых преобразователей техническим условиям, технической документации, утвержденной в установленном порядке, при условии соблюдения правил транспортирования, хранения, монтажа и эксплуатации.      

Гарантийный срок эксплуатации составляет 2 года со дня ввода преобразователя в эксплуатацию, но не более трех лет со дня выпуска преобразователя заводом-изготовителем.

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Реализация темы позволит обеспечить увеличение объемов товарной продукции и поступление налоговых отчислений в бюджет Республики Мордовия в объеме 10920 тыс. рублей на объем выпуска 35 штук, что позволит окупить выделенные средства в течение 3 лет и 1 месяца.

Создание новых производственных мощностей по изготовлению запланированного объема преобразователей М-ПТП-2400-У2 потребует создания дополнительно порядка 50 рабочих мест, что также положительно скажется на решении социальных вопросов в Республике.

Разрабатываемые преобразователи М-ПТП-2400-У2 осваиваются в производстве в России впервые и пользуются спросом на отечественном рынке и в странах СНГ.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Реализация темы позволит обеспечить увеличение объемов товарной продукции и поступление налоговых отчислений в бюджет Республики Мордовия в объеме 10920 тыс. рублей на объем выпуска 35 штук, что позволит окупить выделенные средства в течение 3 лет и 1 месяца.

Создание новых производственных мощностей по изготовлению запланированного объема преобразователей М-ПТП-2400-У2 потребует создания дополнительно порядка 50 рабочих мест, что также положительно скажется на решении социальных вопросов в Республике.

Разрабатываемые преобразователи М-ПТП-2400-У2 осваиваются в производстве в России впервые и пользуются спросом на отечественном рынке и в странах СНГ.

Технико-экономическая эффективность. Исходные данные:

Объем финансирования темы – 40000 тыс. руб., в том числе за счет средств республиканского бюджета – 10000 тыс. руб.

Объем выпуска продукции за первые три года освоения: первый год – 5 штук, второй год – 10 штук; третий год – 20 штук.

Цена реализации преобразователя М-ПТП-2400-У2 – 8000 тыс. руб. (без НДС) за один преобразователь.

Уровень рентабельности производства нового преобразователя – 25%.

Уровень налоговых отчислений в республиканский бюджет от объема получаемой прибыли – 19,5%.

Поступления от продаж за три года освоения составит

8000х35=280000 тыс. руб.

При этом величина прибыли от объема реализации продукции при заданном уровне рентабельности составит 56000 тыс. руб.

При получаемом объеме прибыли налоговые отчисления в республиканский бюджет составят 10920 тыс. руб.

В первый год производства 1560 тыс. руб., во второй год – 3120 тыс. руб., на третий год – 6240 тыс. руб.

Бюджетная эффективность (срок возврата в бюджет РМ средств, вложенных в данный проект) составит 3 года 1 месяц.

Окупаемость всех вложенных средств составит 4 года 11 месяцев.

Новые потребительские свойства продукции

Применение преобразователя М-ПТП-2400-У2 на электроподвижном составе делает возможным использование асинхронных тяговых двигателей взамен коллекторных, что позволяет увеличить мощность электроподвижно-го состава и его силу тяги, снизить расходы на эксплуатацию, повысить на-дежность, улучшить использование сцепной массы, повысить энергетические показатели (КПД и коэффициент мощности) за счет применения экономич-ных способов регулирования мощности преобразователей.
Использование преобразователя М-ПТП-2400-У2 расширяет диапазон регулировки силы тяги локомотивов, что особенно важно при начале движе-ния грузовых составов, когда кинетическая энергия поезда очень велика. Вследствие чего, можно увеличить пропускную способность товаропасса-жирского потока по железным дорогам до 25% за счет увеличения массы максимальной массы поездов.
Таким образом, реализация данного проекта, позволит не только улучшить тягу локомотивов, но и выведет электроподвижной состав на принципиально новый совершенный уровень.

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Продукция соответствует государственным стандартам.

Стадия и уровень разработки

Результаты испытаний преобразователя М-ПТП-2400-У2 показали его высокие энергетические параметры, соответствующие техническим тре-бованиям заказчика

Предлагаемые инвестиции

50 млн. руб.

Рынки сбыта

Рынком сбыта является Россия и страны СНГ, объём продаваемой продукции – 15-20 штук в год.

Возможность и эффективность импортозамещения

Разработанные преобразователи М-ПТП-2400-У2 по своим характе-ристикам обладают конкурентоспособностью на внутреннем и внешнем рынках.

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

59

Дата поступления материала

15.11.2006