Энергетические аспекты функционирования транспортных систем

РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ 
СЕРИИ «МОНОГРАФИИ НГТУ» 
 
 
д-р техн. наук, проф. (председатель)  Н.В. Пустовой 
д-р техн. наук, проф. (зам. председателя)  А.Г. Вострецов 
д-р техн. наук, проф. (отв. секретарь)  В.Н. Васюков 
 
д-р техн. наук, проф. А.А. Батаев 
д-р техн. наук, проф. А.А. Воевода 
д-р техн. наук, проф. В.В. Губарев 
д-р техн. наук, проф. В.И. Денисов 
д-р физ.-мат. наук, проф. А.К. Дмитриев 
д-р физ.-мат. наук, проф. В.Г. Дубровский 
д-р филос. наук, проф. В.И. Игнатьев 
д-р филос. наук, проф. В.В. Крюков 
д-р техн. наук, проф. Г.И. Расторгуев 
д-р физ.-мат. наук, проф. В.А. Селезнев 
д-р техн. наук, проф. Ю.Г. Соловейчик 
д-р техн. наук, проф. А.А. Спектор 
д-р юрид. наук, доц. В.Л. Толстых 
д-р техн. наук, проф. А.Г. Фишов 
д-р экон. наук, проф. М.В. Хайруллина 
д-р техн. наук, проф. В.А. Хрусталев 
д-р техн. наук, проф. А.Ф. Шевченко 
 
 
 
 

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ  АСПЕКТЫ 
ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ 
ТРАНСПОРТНЫХ  СИСТЕМ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

НОВОСИБИРСК

2 0 1 4

УДК 621.33.01(075.8) 
         Б 649 
 

Рецензенты: 

д-р техн. наук, профессор В.П. Горелов 
д-р техн. наук, профессор В.Ю. Нейман 
 
 
 
Бирюков В.В. 
Б 649     Энергетические аспекты функционирования транспортных 
систем: монография / В.В. Бирюков. – Новосибирск: Изд-во 
НГТУ, 2014. – 264 с. (Серия «Монографии НГТУ»). 

ISBN 978-5-7782-2538-1 

В монографии рассмотрен комплекс вопросов, связанных с экономией электрической энергии во всех элементах технологической цепочки городского электрического транспорта от источника питания 
(тяговой подстанции) до подвижного состава. 
Книга предназначена для специалистов в области электрического 
транспорта и студентов в качестве дополнительного источника при 
формировании целостного взгляда на состояние дел и перспективы 
развития энергосбережения на электрическом транспорте. 
 
 
 
 
 
 
 
УДК 621.33.01(075.8) 
 
 
ISBN 978-5-7782-2538-1  
 
 
 
 
 
 
© Бирюков В.В., 2014                
© Новосибирский государственный  
технический университет, 2014     

ENERGY  SAVINGS 
IN  TRANSPORT 

Monograph 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

NOVOSIBIRSK
2 0 1 4

UDC 621.33.01(075.8) 
          В 649 
 
 
 

Reviewers: 

Prof. V.P. Gorelov, D.Sc (Eng) 
Prof. V.Ju. Neiman, D.Sc (Eng) 
 
 
 
 
Biryukov V.V. 
В 649          Power Aspects of Transports System Operation : monograph / 
V.V. Biryukov. – Novosibirsk: NSTU Publisher, 2014. – 264 pp. 
(«NSTU Monographs» series). 

ISBN 978-5-7782-2538-1 

The complex of questions concerned with energy savings in all elements of transport system from power source (traction substation) to electric transport vehicle are considered in monograph. 
The book is oriented to transport specialists and students as additional 
source in process of forming of complicated opinion on current state and 
perspectives of energy savings development in transport. 
 
 
 
 
 
 
UDC 621.33.01(075.8) 
 
 
ISBN 978-5-7782-2538-1  
 
 
 
 
 
 
© Biryukov V.V., 2014 
© Novosibirsk State                            
Technical  University, 2014              

45-летию кафедры «Электротехнические комплексы»  
(«Электрический транспорт») посвящается 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Высокие темпы урбанизации населения вызвали стремительный 
рост объемов грузо- и пассажироперевозок не только внутри городов, 
но и между населенными пунктами. Значительная доля этих перевозок 
падает на электрический транспорт, который, как известно, на сегодняшний день наиболее экологически чистый, а следовательно, и более привлекательный в плане защиты окружающей среды. 
В течение последних десятилетий ведутся интенсивные работы по 
созданию новых и модернизации известных видов транспорта как с 
электрическими, так и с тепловыми двигателями, направленные на повышение его комфортности, динамичности, экологичности, на энергосбережение и т. д. 
Успехи в области транспортных средств с электрическими двигателями были предопределены, прежде всего, бурным развитием элементной базы силовой полупроводниковой техники, внедрение которой на подвижном составе электрического транспорта позволило разработать принципиально новые тяговые приводы, позволяющие добиваться существенной экономии энергии, затрачиваемой на нужды 
электрической тяги. 
Электрический транспорт, как известно, представляет собой сложный электротехнический комплекс, включающий в себя в общем виде 
источники электрической энергии, устройства ее транспортировки, 
потребителей (подвижной состав) и т. д. Функционирование каждого 
из них сопровождается потреблением дополнительной энергии, покрывающей внутренние потери в устройствах. Поэтому несмотря на 
относительно высокий КПД электрического двигателя (до 92…95 %), 
преобразующего электрическую энергию в механическую, общий КПД 
электрической тяги (с учетом потерь во всех элементах комплекса) лежит в пределах 60 %. 
Вопросам энергосбережения на электрическом транспорте всегда 
уделялось значительное внимание, что позволило добиться ощутимых 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

8 

результатов по экономии электроэнергии. В качестве примера следует 
привести тот факт, что на наземном электрическом транспорте сокращение расхода энергии на движение при замене резисторно-контакторных систем управления на полупроводниковые позволяет сэкономить от 20 до 30  % от потреблявшейся ранее. 
Определенные успехи в деле энергосбережения достигнуты и в системе электроснабжения, и на эксплуатационных предприятиях. Однако целостный подход к энергосбережению на транспорте как электротехническом комплексе освещался лишь в отдельных публикациях. 
Ранее автором предпринималась попытка разработать методологию 
практической оценки состояния и поиска путей эффективного энергосбережения на городском электрическом транспорте, получившая отражение в монографии «Экономия электрической энергии на электрическом транспорте». 
Однако за последнее время появилось довольно большое количество публикаций о применении комбинированного привода, объединяющего в себе тепловые и электрические машины. Здесь необходимо отметить, что идея применения в тяговом приводе тепловых 
и электрических машин не нова – существует такая разновидность 
транспорта, как теплоэлектрический, где это с успехом реализуется 
несколько десятилетий. Вместе с тем повышенный интерес к внедрению электрических машин в тяговых приводах с тепловыми двигателями вызван в первую очередь стремлением сэкономить энергию, 
затрачиваемую на движение транспортного средства (т. е. горючее), 
чего можно добиться только за счет использования энергии торможения подвижного состава, а это проще всего реализуется с помощью 
электрических машин. Но в отличие от теплоэлектрического подвижного состава электрическая машина в приводе может иметь значительно меньшую мощность. 
На электрическом транспорте проходят испытания опытных образцов подвижного состава, получающего питание от контактной сети и 
источника на борту. Это позволяет сэкономить не только электроэнергию, но и определенные материальные ресурсы (контактную сеть, тяговые подстанции и т. д.). 
Книга состоит из четырех глав, в первой из которых рассматриваются вопросы энергосбережения на подвижном составе. 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

 
9 

Вторая глава посвящена исследованию системы электроснабжения, 
включающей в себя источник энергии (тяговую подстанцию) и тяговые сети. 
В третьей главе рассматриваются вопросы, связанные с проектированием тяговых приводов с комбинированной энергетической установкой. 
В четвертой главе рассматриваются вопросы энергосбережения на 
транспортном предприятии, осуществляющем эксплуатацию и ремонт 
подвижного состава. 
Автор признателен сотрудникам кафедры «Электротехнические 
комплексы» Новосибирского государственного технического университета С.А. Евдокимову, кандидатам технических наук доцентам 
В.И Сопову и М.В. Калугину, доктору технических наук профессору 
Г.Н. Ворфоломееву, а также доктору технических наук профессору 
В.П. Горелову и доктору технических  наук, профессору В.А. Нейману 
за ценные замечания, сделанные при прочтении рукописи. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

10 

 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Состав основных элементов систем городского пассажирского 
транспорта определяется, прежде всего, видом используемых в них 
транспортных средств – подвижного состава. В общем виде система 
включает в себя (рис. В1): 
 подвижной состав; 
 систему электроснабжения; 
 путевые устройства; 
 эксплуатационные предприятия; 
 устройства организации движения. 

Подвижной 
состав

Путевые
устройства

Система
электроснабжения

Эксплутационное
предприятие

Организация 
движения

 

Рис. В1. Структура транспорта 

В зависимости от вида транспорта система может не содержать некоторых элементов. Так, например, при обслуживании пассажироперевозок только троллейбусом из системы исключаются путевые устройства (поскольку используется общая с автотранспортом путевая струк