Bez tytułu-45 - tts.infotransport.pl

Zygmunt Giziñski
Tranzystorowy
IGBT
uk³ad regulacyjny
do modernizacji
tramwajów
typu 105N
Zak³ad WOLTAN produkuje od 1996 r. – wed³ug licencji Instytutu Elektrotechniki – tyrystorowe (GTO)
uk³ady rozruchu impulsowego i hamowania odzyskowego dla nowych, budowanych w Chorzowie,
tramwajów. Tramwaje typu 105N2k, których wyprodukowano ju¿ 40 s¹ z bardzo dobrymi wynikami
eksploatowane w Warszawie. Na rok przysz³y planowane jest zamówienie nastêpnej serii tramwajów
105N2k.
Jednoczeœnie z uwagi na du¿¹ (ponad 1000) liczbê tramwajów typu 105N ju¿ eksploatowanych, w których powinien byæ
zmieniony uk³ad regulacyjny na bardziej sprawny i energooszczêdny, Zespó³ Instytutu Elektrotechniki – WOLTAN opracowa³ now¹ wersjê tranzystorowego uk³adu napêdowego
przystosowanego do instalowania w istniej¹cych w tramwaju
105N skrzyniach i szafach aparatowych.
Dodatkowym, istotnym za³o¿eniem projektu by³o d¹¿enie
do obni¿enia kosztu uk³adu przeznaczonego do modernizacji,
a tym samym stworzenia warunków ekonomicznego uzasadnienia modernizacji tramwajów przewidzianych do remontu.
Rys. 1. Charakterystyka trakcyjna tramwaju 105N dla Uz = 650 V
FR - si³a rozruchowa, FH - si³a hamowania, Fr - opory ruchu, tramwaj obci¹¿ony 26 Mg
21
Przekszta³tnik PTT
Fot. J. Raczyñski
Modernizacja tramwajów 105N mo¿e wiêc byæ oparta
o sprawdzony ju¿ eksploatacyjnie uk³ad 105N2k z tyrystorami GTO lub o nowe przekszta³tniki IGBT wykonywane przy
wykorzystaniu najnowszych „inteligentnych” modu³ów IGBT.
Parametry techniczno
-ruchowe tramwaju 105Nm
techniczno-ruchowe
po modernizacji
Typ napêdu
BoBo
Masa tramwaju
16 Mg
Liczba osi (w tym napêdnych)
4 (4)
Napiêcie pracy
400–780 V
Moc ci¹g³a silników
4×40 kW
Pr¹d rozruchu grupy silników
40–220 A
Pr¹d hamowania
40–220 A
Minimalny stopieñ wzbudzenia
0,63
Maksymalna si³a rozruchu
35 kN
Maksymalna si³a hamowania
32 kN
Przyœpieszenie rozruchu do 30 km/h
1,3 m/s2
OpóŸnienie hamowania s³u¿bowe
1,3 m/s2
OpóŸnienie hamowania awaryjne
1,3 m/s2
Prêdkoœæ maksymalna
70 km/h
Rys. 2. Charakterystyka Is, Iz = f(V) dla Uz = 650 V
Is = pr¹d silnika, Iz - pr¹d sieci trakcyjnej
7-8 / 1998
8/98 strona 21
22
Uk³ad elektryczny tramwaju 105Nm
Zastosowany do modernizacji tramwajów 105N uk³ad elektryczny charakteryzuje siê, podobnie jak przy napêdach AC,
bezstykow¹ realizacj¹ re¿imu rozruch – wybieg – hamowanie. Ideowy schemat elektryczny obwodu g³ównego pokazano na rysunku 3. Dwie grupy silników Lta 220 zasilane s¹
przez oddzielne przekszta³tniki IGBT. Dwutranzystorowy modu³ IGBT w³¹czony jest tak, ¿e proces rozruchu regulowany
jest tranzystorem TR, a proces hamowania tranzystorem TH.
Przejœcie z jazdy na hamowanie nie wymaga ³¹czenia styczników, a tylko wy³¹czania tranzystorów TR, a w³¹czenia tranzystorów TH. Daje to znaczne (ok. 0,2 s) skrócenie czasu
uzyskania pe³nej si³y hamowania i skrócenia drogi hamowania tramwaju. Dodatkow¹ zalet¹ tego uk³adu jest mo¿liwoœæ
zastosowania tzw. „wybiegu podhamowanego” z minimalnym
pr¹dem silników. Przyœpiesza to proces wzbudzania siê silników trakcyjnych i powoduje dalsze skrócenie drogi hamowania. Jednoczeœnie „wybieg podhamowany” zapewnia ci¹g³¹ kontrolê obwodu hamowania i w przypadku wyst¹pienia
jakiejkolwiek niesprawnoœci tego uk³adu w³¹czenie hamowania awaryjnego, co znacznie zwiêksza bezpieczeñstwo jazdy.
Rys. 3. Schemat elektryczny tramwaju 105Nm
WS - wy³¹cznik g³ówny, Rd - opornik ograniczaj¹cy, LF - d³awik filtra,
CF - kondensator filtra, THR - tranzystor hamowania oporowego, RH - opornica hamowania, TR - tranzystor rozruchu, TH - tranzystor hamowania,
S1–S4 - silniki trakcyjne, SG1–SG2 - styczniki grup silników, OW - uk³ad
os³abiania wzbudzenia silników
W obwodzie silników zastosowano tylko jeden stycznik
grupowy SG w³¹czany i wy³¹czany bezpr¹dowo tylko przy
uruchamianiu tramwaju. Wyeliminowanie pracuj¹cych z czêstotliwoœci¹ kilku ³¹czeñ/min styczników i zmniejszanie ich
iloœci do 3 znacznie obni¿y koszty konserwacji tramwajów.
Podczas rozruchu tranzystory TR pracuj¹ z czêstotliwoœci¹ ok. 800 Hz i przesuniêciem fazowym 180°el. Tak wysoka czêstotliwoœæ pracy pozwala uzyskaæ minimalne têtnie-
nie pr¹du wirników bez koniecznoœci stosowania d³awików
wyg³adzaj¹cych. Pr¹d rozruchu regulowany jest w granicach
40–250 A w ka¿dej grupie silników.
Podczas wybiegu pracuj¹ tranzystory hamowania utrzymuj¹c pr¹d silników w granicach 15–20 A zwracany do sieci
trakcyjnej. Moment hamuj¹cy silników jest oko³o 3-krotnie
ni¿szy od oporów ruchu tramwaju i nie ma wp³ywu na parametry ruchowe tramwaju.
Podczas hamowania obydwie grupy silników pracuj¹ niezale¿nie co zwiêksza bezpieczeñstwo jazdy. Pr¹d silników
regulowany jest przez przekszta³tniki TH pracuj¹ce z czêstotliwoœci¹ 100–1000 Hz w zadanych przez motorniczego
granicach 40–220 A. Silniki pracuj¹ jako szeregowe samowzbudne, a energia zwracana jest do filtrów i sieci trakcyjnej. Przy prêdkoœci powy¿ej 40 km/h nastêpuje dostosowanie si³y elektromotorycznej silników do wartoœci napiêcia
sieci trakcyjnej przez samoczynne os³abienie wzbudzenia
(patent Instytutu Elektrotechniki).
Hamowanie odzyskowe realizowane jest dla napiêcia
sieci trakcyjnej 750 V >Uz>400 V. Gdy prêdkoœæ tramwaju
jest wy¿sza ni¿ 40 km/h, a napiêcie sieci trakcyjnej ni¿sze
ni¿ 500 V, rozwierany jest opornik Rd ³¹cz¹cy filtr z sieci¹
trakcyjn¹, co powoduje zwiêkszenie si³y elektromotorycznej
silników, a tym samym momentu hamowania tramwaju.
Przy braku odbioru energii hamowania przez sieæ trakcyjn¹ napiêcie filtru roœnie, gdy osi¹gnie wartoœæ powy¿ej 750 V
w³¹czany jest tranzystor THR hamowania oporowego. Tranzystor ten pracuje z czêstotliwoœci¹ 100–1000 Hz utrzymuj¹c wartoœæ napiêcia filtru w granicach 750–850 V.
Uk³ad sterowania tramwaju
Sterowanie tramwajem realizowane jest za pomoc¹ systemu mikroprocesorowego (PLC) i mikroprocesorowego sterowania napêdu. Sterowanie tramwaju realizuje funkcje trakcyjne, kontrolê poœlizgu, sterowanie hamulcami szczêkowymi
i szynowymi oraz wspó³pracê z drugim tramwajem. Sterownik napêdu steruje prac¹ przekszta³tników IGBT, tranzystorami hamowania oporowego, zabezpieczeniami nadpr¹dowymi i napiêciowymi, a tak¿e likwidacj¹ poœlizgu.
Przebieg procesu rozruchu i hamowania jest samoczynny.
Realizowane s¹ funkcje zadane przez motorniczego prze³¹cznikami na pulpicie oraz nastawnikiem jazdy. System
realizuje rozruch ze sta³ym, zadanym przez motorniczego,
momentem napêdowym, os³abienie wzbudzenia silników
trakcyjnych, wybieg podhamowany, a tak¿e jazdê jedn¹ grup¹
silników i jazdê do ty³u z ograniczon¹ do 10 km/h prêdkoœci¹ z maksymalnym momentem napêdowym.
Podczas rozruchu realizowane jest samoczynne dostosowanie momentu napêdowego wózka do wartoœci przyczepnoœci dziêki zastosowaniu systemu sterowania (patent Instytutu Elektrotechniki) wed³ug wy¿szego sygna³u sprzê¿enia
pr¹dowego grup silników. System ten umo¿liwia równie¿ ró¿nicowanie momentu napêdowego grup silników w zale¿noœci od granicznego obci¹¿enia zestawów ko³owych.
Dodatkowo zastosowany system kontroli poœlizgu umo¿liwia skuteczn¹ likwidacjê poœlizgu przez pulsowe zmniejszanie momentu napêdowego silników.
7-8 / 1998
8/98 strona 22
23
Zakres modernizacji
Podstawowe podzespo³y obwodu g³ównego, takie jak silniki
trakcyjne, pantograf, stycznik SUT 300 oraz podzespo³y obwodów pomocniczych nie ulegaj¹ zmianie.
W skrzyni rozrusznikowej umieszczone bêd¹ dwa przekszta³tniki IGBT, kondensator filtru oraz opornica hamowania
zbudowana z oporników AZT. W skrzyni aparatowej umieszczone bêd¹ 3 styczniki STT 150 obwodu g³ównego, 2 styczniki os³abiania wzbudzenia, d³awik filtru sieciowego oraz
ewentualnie przetwornica statyczna 600 V/3×380 V/40 V.
W szafce za motorniczym, podobnie jak w tramwajach
105N2k umieszczony bêdzie sterownik mikroprocesorowy.
VIII
Ogólnopolska Konferencja
Naukowa Trakcji Elektrycznej
Sterowanie przez motorniczego tramwajem nie ulega
zmianie. Na ¿yczenie zamawiaj¹cego mo¿e byæ wprowadzony
nastawnik rêczny (podobnie jak w tramwaju 116N) oraz
wyœwietlacz podstawowych parametrów ruchowych.
Informacje o przebiegu eksploatacji i ewentualnych usterkach mo¿na uzyskaæ przez pod³¹czenie komputera do sterownika mikroprocesorowego.
Oferowany przez WOLTAN zakres dostaw mo¿e obejmowaæ podzespo³y do zabudowy w istniej¹cych skrzyniach
i szafach lub te¿ ca³kowicie zmontowane i wyposa¿one skrzynie aparatowe oraz szafy ze sterownikiem mikroprocesorowym i stycznikami obwodów pomocniczych.
SEMTRAK ’98
Zakopane 05–07 listopad 1998
Wydział Inżynierii Elektrycznej i Komputerowej Politechniki Krakowskiej organizuje kolejną VIII Konferencję
Naukową, która tradycyjnie jest spotkaniem naukowców ze wszystkich liczących się w kraju ośrodków zajmujących się tematyką trakcji elektrycznej, przedstawicieli Dyrekcji Generalnej PKP oraz praktyków z PKP.
Tegoroczna konferencja ukierunkowana jest na następujące grupy zagadnień:
zasilanie i podstacje trakcji elektrycznej
eksploatacja taboru i urządzeń trakcji elektrycznej
trakcyjne napędy przekształtnikowe
układy sterowania ruchem i systemami trakcji
kompatybilność elektromagnetyczna i oddziaływanie na środowisko trakcji elektrycznej
Szczegółowych informacji o konferencji (wysokość i terminy wpłaty, wymagania odnośnie formy ewentualnego referatu itp.) udziela Zakład Trakcji i Sterowania Ruchem Politechniki Krakowskiej.
Zakład Trakcji i Sterowania Ruchem
Wydział Inżynierii Elektrycznej i Komputerowej
Politechnika Krakowska
31-155 KRAKÓW, ul. Warszawska 24, tel. (0-12) 633 03 00 w. 26 15 lub 25 06
fax (0-12) 633 49 15 lub 633 84 51
email: [email protected] strona www: www.cyf-kr.edu.pl/ ~pezajac
7-8 / 1998
8/98 strona 23